capítulo 5 diseño bajo desempeño utilizando etabs-13

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

EVALUACIÓN TÉCNICA ECONÓMICA DEL DISEÑO POR DESEMPEÑO DE EDIFICIOS CON ESTRUCTURA DE ACERO

UTILIZANDO DIVERSOS TIPOS DE ARRIOSTRAMIENTOS LATERALES

TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL GRADO DE MAGÍSTER EN

ESTRUCTURAS

DAVID PATRICIO GUERRERO CUASAPAZ [email protected]

DIRECTOR: ING. MSC. JORGE VINTIMILLA [email protected]

Quito, Octubre 2015

II

DECLARACIÓN

Yo David Patricio Guerrero Cuasapaz, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi

autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación

profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en

este documento.

La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual, por su reglamento y por la normativa vigente.

_________________________________

David Patricio Guerrero Cuasapaz

III

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por David Patricio Guerrero

Cuasapaz, bajo mi supervisión.

Ing. MSc. Jorge Vintimilla DIRECTOR DE PROYECTO

IV

AGRADECIMIENTO

A Dios por darme fortaleza y sabiduría para la culminación de otra importante meta

de mi vida.

A mi esposa: Jhuliana, e hijos: Joel David y Matías Ariel por haberme acompañado

y por ser un gran sustento en todos los momentos y dificultades que se presentaron

durante el transcurso de este proyecto y por su gran capacidad de comprensión y

paciencia.

A mis padres: José y Patricia por el apoyo que siempre me han brindado.

A los docentes de la Escuela Politécnica Nacional por sus grandes conocimientos

y experiencias entregados en las aulas.

Al Ing. MSc. Jorge Vintimilla, Ing. MSc. Juan Carlos Pantoja; por su gran aporte,

dirección y supervisión del presente trabajo.

A todos mis compañeros de maestría por el inicio de una gran amistad, en especial

al: Ing. MSc. Diego Sosa e Ing. MSc. Carlos Celi por su colaboración en la revisión

del proyecto.

V

DEDICATORIA

A mis hijos: Joel David y Matías Ariel; bases fundamentales y gran motivo de

inspiración y esfuerzo.

VI

CONTENIDO

DECLARACIÓN ..................................................................................................... II

CERTIFICACIÓN .................................................................................................. III

AGRADECIMIENTO .............................................................................................. IV

DEDICATORIA ....................................................................................................... V

CONTENIDO ......................................................................................................... VI

ÍNDICE DE FIGURAS ......................................................................................... XIII

ÍNDICE DE TABLAS .......................................................................................... XVII

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS ................................................................................ XXI

RESUMEN ......................................................................................................... XXII

ABSTRACT ....................................................................................................... XXIII

PRESENTACIÓN ............................................................................................. XXIV

CAPÍTULO 1 ....................................................................................................... 1

INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1

1.1 ANTECEDENTES ......................................................................................... 1

1.2 OBJETIVOS .................................................................................................. 4

1.2.1 OBJETIVO GENERAL .................................................................................. 4

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 4

1.3 ALCANCE ..................................................................................................... 5

1.4 JUSTIFICACIÓN ........................................................................................... 6

1.5 DEFINICIONES ............................................................................................ 6

1.5.1 DISEÑO BASADO EN DESEMPEÑO SÍSMICO .......................................... 7

1.5.2 NIVEL DE DESEMPEÑO .............................................................................. 7

1.5.3 CAPACIDAD ESTRUCTURAL ..................................................................... 7

1.5.4 CURVA DE CAPACIDAD ............................................................................. 7

VII

1.5.5 ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL (ANÁLISIS PUSHOVER) ....................... 8

1.5.6 PELIGRO SÍSMICO ...................................................................................... 8

1.6 ESTRUCTURAS METÁLICAS EN EL ECUADOR ........................................ 8

CAPÍTULO 2 ..................................................................................................... 11

DESCRIPCIÓN DE CÓDIGOS ......................................................................... 11

2.1 NSR-10 (NORMA SISMO RESISTENTE) ................................................... 11

2.2 MINIMUM DESIGN LOADS FOR BUILDING AND OTHER

STRUCTURES (ASCE 7-10) ...................................................................... 12

2.3 EUROCODIGO ........................................................................................... 12

2.4 FEMA-273 (FEDERAL EMERGENY MANAGEMENT AGENCY ................ 13

2.4.1 ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL ............................................................. 15

2.4.1.1 Formación de las rotulas plásticas ............................................. 17

2.5 ATC-40 (APPLIED TECHNLOGY COUNCIL) ............................................. 17

2.6 NEC-15 (NORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCIÓN) .................. 19

2.6.1 CARGAS HORIZONTALES (DISEÑO SISMO RESISTENTE NEC-

15) .............................................................................................................. 21

2.6.1.1 Cortante Basal ........................................................................... 22

2.6.1.2 Requisitos para el Diseño Sismo resistente ............................... 22

2.6.1.3 Factor de importancia ................................................................ 23

2.6.1.4 Espectro de Diseño .................................................................... 24

2.6.1.5 Periodo de vibración Ta ............................................................. 25

2.6.1.6 Factor de Zona Sísmica Z .......................................................... 26

2.6.1.7 Tipos de perfiles de suelos para el Diseño Sísmico

27

2.6.1.8 Factor de reducción de respuesta sísmica R ............................. 29

2.6.1.9 Carga Sísmica Reactiva ............................................................. 31

2.6.2 ESTRUCTURAS DE ACERO -NEC-15 ...................................................... 31

VIII

2.6.2.1 Requerimientos Generales de Diseño ....................................... 31

2.6.2.2 Diseño por Capacidad NEC-15 .................................................. 33

2.6.2.3 Clasificación de secciones según su relación

ancho-espesor ............................................................................................ 33

2.6.2.4 Arriostramientos para estabilidad en vigas................................. 37

2.6.2.5 Elementos estructurales (Columnas) ......................................... 37

2.6.2.6 Pórticos especiales resistentes a momento (SMF)

38

CAPÍTULO 3 ..................................................................................................... 39

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE DISEÑO POR DESEMPEÑO ................ 39

3.1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 39

3.2 GENERALIDADES ..................................................................................... 40

3.2.1 ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL (PUSHOVER) ...................................... 41

3.2.2 NIVELES DE DESEMPEÑO SÍSMICO (PROPUESTA DE ATC-40) .......... 42

3.2.2.1 Niveles para elementos estructurales ........................................ 42

3.2.2.2 Niveles para elementos no estructurales ................................... 43

3.2.2.3 Niveles para las estructuras ....................................................... 44

3.2.3 TIPOS DE ARRIOSTRAMIENTOS ............................................................. 46

3.2.3.1 Diagonales en cruz .................................................................... 46

3.2.3.2 Diagonales en forma de punta o “V” invertida ............................ 51

3.2.3.3 Muros de corte de Hormigón Armado ........................................ 52

CAPÍTULO 4 ..................................................................................................... 57

EDIFICIOS Y MODELOS CONSIDERADOS .................................................... 57

4.1 TIPOLOGÍA DE EDIFICIOS ........................................................................ 57

4.2 COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL ...................................................... 57

4.3 DESCRIPCIÓN DE PROYECTOS A SER ANALIZADOS .......................... 58

4.3.1 OBSERVACIONES PREVIAS DE EDIFICIOS A SER ANALIZADOS ........ 59

IX

CAPÍTULO 5 ..................................................................................................... 62

DISEÑO BAJO DESEMPEÑO UTILIZANDO ETABS-13 .................................. 62

5.1 ANÁLISIS SÍSMICO DE ACUERDO A NEC-15 .......................................... 62

5.2 PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

UTILIZANDO ETABS-13 ............................................................................. 66

5.2.1 PROCEDIMIENTO DE ANALISIS ESTATICO LINEAL CON ETABS-

13 ................................................................................................................ 66

5.2.2 PROCEDIMIENTO DE ANALISIS ESTÁTICO NO LINEAL

(PUSHOVER) CON ETABS-13 .................................................................. 80

5.3 CURVAS DE CAPACIDAD DE EDIFICIOS CONSIDERADOS .................. 86

5.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE PROCESO ESTATICO LINEAL Y

ESTATICO NO LINEAL .............................................................................. 88

5.5 CONEXIONES PRECALIFICADAS ............................................................ 91

5.5.1 CONEXIÓN CON VIGA DE SECCIÓN REDUCIDA ................................... 92

5.5.1.1 Límites de precalificación ........................................................... 93

5.6 DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE ACERO ..................... 94

5.6.1 DISEÑO ESTRUCTURAL EDIFICIO PIETRA ............................................ 96

5.6.2 DISEÑO ESTRUCTURAL EDIFICIO CUATRO .......................................... 96

5.6.3 DISEÑO ESTRUCTURAL EDIFICIO TORRE 6 .......................................... 97

5.7 RESUMEN DE MATERIALES Y PLANOS ESTRUCTURALES

REFERENCIALES ...................................................................................... 97

5.7.1 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO PIETRA CON

DIAGONALES EN CRUZ ............................................................................ 98

5.7.2 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO CUATRO CON

DIAGONALES EN CRUZ ............................................................................ 99

5.7.3 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO TORRE 6 CON

DIAGONALES EN CRUZ .......................................................................... 100

X

5.7.4 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO PIETRA CON

DIAGONALES EN “V” INVERTIDA ........................................................... 101

5.7.5 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO CUATRO CON


5.7.6 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO TORRE 6 CON


5.7.7 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO PIETRA CON MUROS DE

CORTE DE HORMIGÓN ARMADO ......................................................... 104

5.7.8 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO CUATRO CON MUROS DE


5.7.9 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO TORRE 6 CON MUROS DE


5.7.10 RELACIÓN PESO/AREA DE PROYECTOS ANALIZADOS CON

LOS DIVERSOS TIPOS DE ARRIOSTRAMIENTOS LATERALES .......... 106

CAPÍTULO 6 ................................................................................................... 108

FILOSOFÍA DE UN BUEN MODELAMIENTO NO LINEAL ............................. 108

6.1 ELEMENOS DE ARRIOSTRAMIENTO CONCéNTRICO ......................... 108

6.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ............................................................ 109

6.3 CUANTIFICACIÓN DE CARGAS ............................................................. 111

6.3.1 CARGA MUERTA ..................................................................................... 111

6.3.2 CARGA VIVA ............................................................................................ 111

6.4 CÁLCULO DEL CORTANTE BASAL EN BASE A LA NEC-15 ................. 112

6.5 ESPECTRO ELÁSTICO DE ACELERACIONES ...................................... 114

6.6 MODELACIÓN EN SOFTWARE SAP2000 ............................................... 115

6.6.1 GEOMETRÍA DE EDIFICIO ...................................................................... 115

6.6.2 DEFINICIÓN DE MATERIALES ............................................................... 116

6.6.3 SECCIÓN DE ELEMENTOS EN ESTRUCTURA ..................................... 117

6.6.4 DEFINICIÓN DE PATRONES DE CARGA EN SAP2000 ......................... 117

XI

6.6.5 ASIGNACIÓN DE CARGAS ..................................................................... 118

6.6.6 ANÁLISIS DE RESULTADOS .................................................................. 119

6.6.6.1 Carga reactiva y cortante basal ................................................ 119

6.6.7 CONTROL DE DERIVAS DE PISO SEGÚN NEC-15 ............................... 122

6.6.8 DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES ....................................... 124

6.7 ANÁLISIS NO LINEAL (CURVA DE CAPACIDAD CON SOFTWARE

SAP2000) .................................................................................................. 125

6.7.1 MODELO BIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA................................. 126

6.7.2 CASOS DE CARGA NO LINEALES ......................................................... 129

6.7.3 ASIGNACIÓN DE RÓTULAS PLÁSTICAS EN SAP2000 ......................... 130

6.7.4 OBTENCIÓN DE CURVA DE CAPACIDAD CON SAP2000 .................... 131

CAPÍTULO 7 ................................................................................................... 136

EVALUACIÓN ECONÓMICA DE EDIFICIOS ANALIZADOS .......................... 136

7.1 PRECIOS UNITARIOS ............................................................................. 136

7.2 PRESUPUESTO REFERENCIAL ............................................................. 155

CAPÍTULO 8 ................................................................................................... 165

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................. 165

8.1 CONCLUSIONES ..................................................................................... 165

8.2 RECOMENDACIONES ............................................................................. 169

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ 170

ANEXOS ......................................................................................................... 172

ANEXO 1 ......................................................................................................... 173

ANEXO 2 ......................................................................................................... 180

ANEXO 3 ......................................................................................................... 186

ANEXO 4 ......................................................................................................... 189

ANEXO 5 ......................................................................................................... 192

ANEXO 6 ......................................................................................................... 194

XII

ANEXO 7 ......................................................................................................... 206

ANEXO 8 ......................................................................................................... 213

XIII

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA 2.1 GRADO DE ESFUERZO RESPECTO A LA FLUENCIA

F/FY VS RELACIÓN DE GIRO q/qY DEL ELEMENTO ........................................ 14

FIGURA 2.2 CORTANTE BASAL VS DESPLAZAMIENTO EN EL TOPE

DE LA ESTRUCTURA ........................................................................................ 15

FIGURA 2.3 DEFINICIÓN RÓTULAS PLÁSTICAS EN VIGAS ............................ 17

FIGURA 2.4 PROCEDIMIENTO ANALÍTICO ATC-40 ......................................... 18

FIGURA 2.5 ESPECTRO DE RESPUESTA ELÁSTICO DE

ACELERACIONES ............................................................................................... 24

FIGURA 2.6 ECUADOR, ZONAS SÍSMICAS PARA PROPÓSITOS DE

DISEÑO................................................................................................................ 27

FIGURA 2.7 ZONAS EN LAS QUE SE DEBE ESPERAR

OCURRA DEFORMACIONES INELÁSTICAS ..................................................... 38

FIGURA 3.1 CURVA DE CAPACIDAD ................................................................. 41

FIGURA 3.2 ZONAS PROTEGIDAS EN ARRIOSTRAMIENTOS EN CRUZ ......... 50

FIGURA 3.3 ZONAS PROTEGIDAS EN ARRIOSTRAMIENTOS EN

FORMA DE “V” INVERTIDA ................................................................................. 52

FIGURA 3.4 RELACIÓN DE ASPECTO MUROS ESTRUCTURALES ................. 54

FIGURA 3.5 FORMA EN PLANTA DE MUROS ESTRUCTURALES .................... 54

FIGURA 3.6 CONFIGURACIÓN MUROS ESTRUCTURALES ............................. 55

FIGURA 3.7 FORMA DE FALLA MUROS ESTRUCTURALES ............................. 55

FIGURA 4.1 TIPOLOGÍAS DE ESTRUCTURAS DE ACERO DEL TIPO

PÓRTICO ............................................................................................................. 57

FIGURA 4.2 ESQUEMAS ESTRUCTURALES EDIFICIO PIETRA ....................... 60

FIGURA 4.3 ESQUEMAS ESTRUCTURALES EDIFICIO CUATRO ..................... 60

FIGURA 4.4 ESQUEMAS ESTRUCTURALES EDIFICIO TORRE 6 ..................... 61

FIGURA 5.1 CUADRO INICIAL PARA MODELACIÓN EN ETABS-13 .................. 67

FIGURA 5.2 GRILLA O LÍNEAS DE REFERENCIA AUXILIARES EN

ETABS-13 ............................................................................................................ 67

XIV

FIGURA 5.3 DEFINICIÓN DE MATERIALES. ACERO ESTRUCTURAL

A-36 ...................................................................................................................... 68

FIGURA 5.4 DEFINICIÓN DE MATERIALES. HORMIGÓN SIMPLE

F’C=210 KG/CM² .................................................................................................. 69

FIGURA 5.5 DEFINICIÓN DE MATERIALES. ACERO DE REFUERZO

FY=4200 KG/CM² ................................................................................................. 69

FIGURA 5.6 DEFINICIÓN DE SECCIONES. VIGAS TIPO “I” ............................... 70

FIGURA 5.7 DEFINICIÓN DE SECCIONES. COLUMNAS RELLENAS

DE HORMIGÓN ................................................................................................... 71

FIGURA 5.8 DEFINICIÓN DE PANEL COLABORANTE ...................................... 72

FIGURA 5.9 DEFINICIÓN DE MUROS ESTRUCTURALES ................................. 73

FIGURA 5.10 COMBINACIONES DE CARGA ...................................................... 73

FIGURA 5.11 PATRÓN DE CARGAS A UTILIZAR EN ANÁLISIS

ESTRUCTURAL ................................................................................................... 74

FIGURA 5.12 ESPECIFICACIONES DE DISEÑO EN ACERO ............................. 74

FIGURA 5.13 DEFINICIÓN DE FUENTE DE MASAS ........................................... 75

FIGURA 5.14 OPCIONES PARA DIBUJAR EL MODELO

ESTRUCTURAL EN ETABS-13 ........................................................................... 76

FIGURA 5.15 ASIGNACIÓN DE RESTRICCIONES A

MODELOS ESTRUCTURALES ........................................................................... 78

FIGURA 5.16 DEFINICIÓN Y ASIGNACIÓN DE DIAFRAGMAS

HORIZONTALES ................................................................................................. 79

FIGURA 5.17 OPCIONES DE DISEÑO EN ETABS-13 ......................................... 80

FIGURA 5.18 DEFINICIÓN DE RÓTULAS PLÁSTICAS (HINGES) ...................... 81

FIGURA 5.19 DEFINICIÓN DE RÓTULAS PLÁSTICA (HINGES)

PARA VIGAS PRINCIPALES ............................................................................... 81

FIGURA 5.20 DEFINICIÓN DE RÓTULAS PLÁSTICAS (HINGES)

PARA VIGAS SECUNDARIAS ............................................................................. 82


PARA COLUMNAS .............................................................................................. 82


PARA MUROS DE CORTE DE HORMIGÓN ARMADO ....................................... 83

FIGURA 5.23 DEFINICIÓN DE PUNTO DE CONTROL EDIFICIO PIETRA .......... 84

XV

FIGURA 5.24 PARÁMETROS NO LINEALES EN ETABS-13

(ANÁLISIS PUSHOVER) ...................................................................................... 85

FIGURA 5.25 DEFINICIÓN DE ESTADO DE CARGA PARA REALIZAR

ANÁLISIS PUSHOVER ........................................................................................ 86

FIGURA 5.26 GRÁFICA FUERZA VS DEFORMACIÓN ....................................... 87

FIGURA 5. 27 FRACTURA EN LA UNIÓN VIGA-COLUMNA ............................... 91

FIGURA 5. 28 FRACTURA EN COLUMNA ........................................................... 92

FIGURA 5. 29 CONEXIÓN CON LA VIGA DE SECCIÓN REDUCIDA .................. 93

FIGURA 5.30 LONGITUD DE ARRIOSTRAMIENTO ETABS-13 .......................... 95

FIGURA 5.31 COEFICIENTES DE INTERACCIÓN EDIFICIO PIETRA ................ 96

FIGURA 5.32 COEFICIENTES DE INTERACCIÓN EDIFICIO CUATRO.............. 96

FIGURA 6.1 MECANISMO PLASTICO DE UN PÓRTICO

ARRIOSTRADO .......................................................................................... 109

FIGURA 6.2 PLANTA ESTRUCTURAL .............................................................. 110

FIGURA 6.3 ESPECTRO ELÁSTICO E INELÁSTICO DE

ACELERACIONES SEGÚN NEC-15 ........................................................... 115

FIGURA 6.4 GRILLAS (EJES) PLANTA Y ELEVACIÓN DE EDIFICIO ............... 116

FIGURA 6. 5 DEFINICIÓN MATERIAL ACERO ESTRUCTURAL GRADO

50 ................................................................................................................. 116

FIGURA 6.6 SECCIONES UTILIZADAS NIVEL N+3.10 ..................................... 117

FIGURA 6.7 DEFINICIÓN PATRONES DE CARGA SAP2000 ........................... 117

FIGURA 6. 8 ESPECTRO DE RESPUESTA INELÁSTICO DE

ACELERACIONES ...................................................................................... 118

FIGURA 6.9 PÓRTICO SENTIDO “X” UTILIZADO PARA ANALISIS NO

LINEAL ........................................................................................................ 126

FIGURA 6.10 APLICACIÓN CARGA MUERTA EN PORTICO

ANALIZADO ................................................................................................ 127

FIGURA 6.11 APLICACIÓN CARGA VIVA EN PÓRTICO ANALIZADO ............. 128

FIGURA 6.12 APLICACIÓN DE CARGA HORIZONTAL EN PORTICO

ANALIZADO ................................................................................................ 128

FIGURA 6.13 PARÁMETROS CASO DE CARGA “GNL”.................................... 129

FIGURA 6.14 PARÁMETROS CASO DE CARGA “AENL”.................................. 130

XVI

FIGURA 6.15 ASIGNACIÓN DESPLAZAMIENTO DE CONTROL ..................... 130

FIGURA 6.16 ASIGNACIÓN RÓTULAS PLASTICAS EN

ARRIOSTRAMIENTOS ................................................................................ 131

FIGURA 6.17 UBICACIÓN RÓTULA PLÁSTICA EN

ARRIOSTRAMIENTOS ................................................................................ 131

FIGURA 6.18 PÓRTICO EJE “3” EDIFICIO ANALIZADO ................................... 132

FIGURA 6.19 PÓRTICO EJE “A” EDIFICIO ANALIZADO ................................... 132

FIGURA 6.20 CURVA DE CAPACIDAD PORTICO EJE “3” ................................ 133

FIGURA 6.21 PUNTOS CURVA CAPACIDAD Y ROTULAS PLÁSTICAS

PÓRTICO EJE “3” ........................................................................................ 133

FIGURA 6.22 CURVA CAPACIDAD PÓRTICO “A” ............................................ 134

FIGURA 6.23 PUNTOS CURVA CAPACIDAD Y ROTULAS PLÁSTICAS

PÓRTICO EJE “A”........................................................................................ 134

FIGURA 6.24 SECUENCIA FORMACIÓN RÓTULAS PLÁSTICAS

PÓRTICO “3” ............................................................................................... 135

FIGURA 6.25 SECUENCIA FORMACIÓN RÓTULAS PLÁSTICAS

PÓRTICO “A” ............................................................................................... 135

XVII

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 2. 1 FACTOR DE IMPORTANCIA (I) ........................................................ 23

TABLA 2. 2 COEFICIENTES CT Y a .................................................................... 25

TABLA 2.3 VALORES DEL FACTOR Z EN FUNCIÓN DE LA ZONA

SÍSMICA ADOPTADA .......................................................................................... 26

TABLA 2.4 CLASIFICACIÓN DE LOS PERFILES DE SUELO .............................. 27

TABLA 2.5 COEFICIENTES DE PERFIL DE SUELO ........................................... 29

TABLA 2.6 FACTOR DE REDUCCIÓN DE RESPUESTA ESTRUCTURAL R ...... 30

TABLA 2.7 VALORES DM MÁXIMOS, EXPRESADOS COMO FRACCIÓN

DE LA ALTURA DE PISO ..................................................................................... 32

TABLA 2.8 RELACIONES ANCHO-ESPESOR: ELEMENTOS

SOMETIDOS EN COMPRESIÓN ......................................................................... 34

TABLA 2.9 RAZONES ANCHO-ESPESOR: ELEMENTOS EN

COMPRESIÓN ..................................................................................................... 35

TABLA 2.10 MÁXIMAS RELACIONES ANCHO-ESPESOR PARA

ELEMENTOS A COMPRESIÓN .......................................................................... 36

TABLA 3. 1 NIVELES DE DESEMPEÑO DE LAS ESTRUCTURAS

(ATC-40)............................................................................................................... 45

TABLA 4.1 CARACTERÍSTICAS ARQUITECTÓNICAS EDIFICIOS .................... 59

TABLA 5.1 EVALUACIÓN DE CORTANTE BASAL NEC-15

EDIFICIO PIETRA ................................................................................................ 63

TABLA 5.2 DISTRIBUCIÓN DE FUERZA SÍSMICA EDIFICIO PIETRA ............... 64


EDIFICIO CUATRO .............................................................................................. 64

TABLA 5.4 DISTRIBUCIÓN DE FUERZA SÍSMICA EDIFICIO CUATRO ............. 65


EDIFICIO TORRE 6 .............................................................................................. 65

TABLA 5.6 DISTRIBUCIÓN DE FUERZA SÍSMICA EDIFICIO TORRE 6 ............. 66

TABLA 5.7 CARGA MUERTA Y VIVA APLICADA A LOS

XVIII

EDIFICIOS (LOSAS ENTREPISOS) .................................................................... 77

TABLA 5.8 CARGA MUERTA Y VIVA APLIACADA A LOS

EDIFICIOS (LOSA CUBIERTAS) ......................................................................... 77

TABLA 5.9 CARGA MUERTA Y VIVA APLIACADA A LOS

EDIFICIOS (PARQUEADEROS) .......................................................................... 78

TABLA 5.10 PUNTO DE CONTROL PARA EL EDIFICIO PIETRA ....................... 84

TABLA 5.11 RESUMEN DE CORTANTE BASAL Y DESPLAZAMIENTO

LATERAL DE EDIFICIOS ..................................................................................... 89

TABLA 5.12 RESUMEN DE EVALUACIÓN NO LINEAL DE LOS

EDIFICIOS CON DIFERENTES TIPOS DE ARRIOSTRAMIENTOS .................... 90

TABLA 5.13 RESUMEN DE VALORES DE CARGAS LATERALES EN

RELACIÓN AL PESO DE ESTRUCTURAS CON

DIFERENTES ARRIOSTRAMIENTOS ................................................................. 90

TABLA 5.14 ACERO MÍNIMO EN MUROS ESTRUCTURALES ........................... 97

TABLA 5.15 RESUMEN DE MATERIALES Y PESO ESTRUCTURA

METÁLICA EDIFICIO PIETRA. DIAGONALES EN CRUZ .................................... 98


METÁLICA EDIFICIO CUATRO. DIAGONALES EN CRUZ .................................. 99

TABLA 5.17 RESUMEN DE MATERIALES Y PEOS ESTRUCTURA

METÁLICA EDIFICIO TORRE 6. DIAGONALES EN CRUZ ................................ 100


METÁLICA EDIFICIO PIETRA. DIAGONALES EN “V” INVERTIDA ................... 101


METÁLICA EDIFICIO CUATRO. DIAGONALES EN “V” INVERTIDA ................. 102


METÁLICA EDIFICIO TORRE 6. DIAGONALES EN “V” INVERTIDA ................. 103


METÁLICA EDIFICIO PIETRA. MUROS CORTE HORMIGÓN ARMADO .......... 104


METÁLICA EDIFICIO CUATRO. MUROS CORTE HORMIGÓN ARMADO ........ 105


METÁLICA EDIFICIO TORRE 6. MUROS CORTE HORMIGÓN ARMADO ....... 106

TABLA 5.24 RELACIÓN PESO/ÁREA DE EDIFICIOS CON DIVERSOS

XIX

TIPOS DE ARRIOSTRAMIENTOS LATERALES ............................................... 107

TABLA 6.1 APU-RUBRO: EXCAVACIÓN A MÁQUINA Y DESALOJO ............... 137

TABLA 6.2 APU-RUBRO: REPLANTILLO H.S. VIGAS Y LOSA

CIMENTACIÓN F’C=180 KG/CM² ......................................................................... 138

TABLA 6.3 APU-RUBRO: HORMIGÓN MUROS F’C=210 KG/CM² ....................... 139

TABLA 6.4 APU-RUBRO: HORMIGÓN LOSA CIMENTACIÓN

F’C=240 KG/CM² ................................................................................................... 140

TABLA 6. 5 APU-RUBRO: HORMIGÓN VIGAS CIMENTACIÓN

F’C=240 KG/CM² ................................................................................................... 141

TABLA 6.6 APU-RUBRO: HORMIGÓN TANQUE CISTERNA

F’C=240 KG/CM² ................................................................................................... 142

TABLA 6.7 APU-RUBRO: ACERO DE REFUERZO FY=4200 KG/CM² ................. 143

TABLA 6.8 APU-RUBRO: RELLENO TIERRA COMPACTADA .......................... 144

TABLA 6.9 APU-RUBRO: RELLENO LASTRE COMPACTADO ........................ 145

TABLA 6.10 APU-RUBRO: MALLA ELECTROSOLDADA 4MM CADA

100 MM............................................................................................................... 146

TABLA 6.11 APU-RUBRO: HORMIGÓN EN COLUMNAS F’C=240 KG/CM² ........ 147

TABLA 6.12 APU-RUBRO: HORMIGÓN EN COLUMNAS F’C=280 KG/CM² ........ 148

TABLA 6.13 APU-RUBRO: HORMIGÓN EN DIAFRAGMAS

F’C=240 KG/CM² ................................................................................................... 149

TABLA 6.14 APU-RUBRO: HORMIGÓN EN ESCALERA F’C=210 KG/CM² .......... 150

TABLA 6.15 APU-RUBRO: HORMIGÓN LOSETAS F’C=210 KG/CM²

ALTURA PROMEDIO 10 CM .............................................................................. 151

TABLA 6.16 APU-RUBRO: PANEL METÁLICO ESPESOR

0.65 MM, CONECTORES DE CORTE VARILLA DIÁMETRO 12MM .................. 152

TABLA 6.17 APU-RUBRO: MALLA ELECTROSOLDADA 5MM CADA

100 MM............................................................................................................... 153

TABLA 6.18 APU-RUBRO: ACERO ESTRUCTURAL A-36 ................................ 154

TABLA 6.19 PRESUPUESTO EDIFICIO PIETRA.

ARRIOSTRAMIENTO: DIAGONALES EN CRUZ ............................................... 155

TABLA 6.20 PRESUPUESTO EDIFICIO CUATRO.


XX

TABLA 6.21 PRESUPUESTO EDIFICIO TORRE 6.


TABLA 6.22 PRESUPUESTO EDIFICIO PIETRA.

ARRIOSTRAMIENTO: DIAGONALES EN PUNTA ............................................. 158

TABLA 6.23 PRESUPUESTO EDIFICIO CUATRO.


TABLA 6.24 PRESUPUESTO EDIFICIO TORRE 6.


TABLA 6.25 PRESUPUESTO EDIFICIO PIETRA. ARRIOSTRAMIENTO:

MUROS DE CORTE DE H. ARMADO ................................................................ 161

TABLA 6.26 PRESUPUESTO EDIFICIO CUATRO. ARRIOSTRAMIENTO:


TABLA 6.27 PRESUPUESTO EDIFICIO TORRE 6. ARRIOSTRAMIENTO:


TABLA 6.28 RESUMEN GENERAL DE PRESUPUESTOS

EDIFICIOS CON ALTERNATIVAS DE ARRIOSTRAMIENTOS ......................... 164

TABLA 6.29 RESUMEN DE COSTO POR M2 DE ESTRUCTURA

METÁLICA CON ALTERNATIVAS DE ARRIOSTRAMIENTOS ......................... 164

XXI

ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS

FOTOGRAFÍA 1.1 SISMO NORTHRIDGE-USA, 1994-01-17 ................................. 3 FOTOGRAFÍA 1.2 EDIFICIO SECTOR AV. 12 DE OCTUBRE. QUITO .................. 9 FOTOGRAFÍA 1.3 EDIFICIO SECTOR CALACALÍ .............................................. 10 FOTOGRAFÍA 1.4 EDIFICIO SECTOR AV. AMAZONAS. QUITO ........................ 10

FOTOGRAFÍA 3.1 HOTEL ARTS, TORRES GEMELAS DE BARCELONA .......... 47 FOTOGRAFÍA 3.2 EDIFICIO CON ARRIOSTRAMIENTOS EN

FORMA DE “V”INVERTIDA ........................................................................... 51

XXII

RESUMEN

El principal objetivo que tiene esta investigación es de analizar varios edificios de

acero, que tienen diferentes características geométricas, en los que se utiliza

diferentes tipos de arriostramientos laterales tales como: diagonales en cruz,

diagonales en punta y muros de hormigón armado; estas estructuras serán

analizadas con la Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15 y las normas

AISC para el diseño en acero.

De acuerdo a las características arquitectónicas de cada proyecto, se procede con

el análisis de cargas verticales, para luego evaluar la fuerza sísmica, tomando en

cuenta la configuración y tipología estructural de cada edificio para de esta manera

tomar los diferentes parámetros para la aplicación de la fuerza sísmica.

Para este análisis se utiliza el software Etabs-13 y Sap2000, que son herramientas

de diseño estructural, que permiten ingresar los diferentes elementos estructurales

tales como, columnas, vigas principales, vigas secundarias, losas, etc.

Luego de haber cumplido con los requisitos mínimos en lo referente al análisis lineal

de las estructuras, se procede con en análisis conocido como Pushover (análisis

no lineal) cuyos parámetros se encuentran descritos en las normas del FEMA, en

este se obtienen curvas de capacidad (cortante basal vs desplazamiento lateral).

Después de realizado el análisis no lineal de las estructuras, se realiza un

presupuesto de la estructura metálica, es decir, se obtiene un dato muy importante

para los constructores dedicados a la fabricación y montaje, este dato es la relación

del peso sobre el área; y finalmente se observa a las estructuras que cumpla tanto

con los parámetros técnicos como los económicos.

XXIII

ABSTRACT

The main objective of this research is to analyze several steel buildings, which have

different geometric characteristics, which will use different types of bracing side such

as: diagonal cross, diagonals in tip and walls of reinforced concrete; these structures

will be analyzed with the Norma Ecuatoriana de la Construcción NEC-15 and the

AISC standards for the design of steel.

According to the architectural characteristics of each project, it will proceed with the

analysis of vertical loads and then assess the seismic force, taking into account the

structural configuration and typology of each building for in this way take different

parameters for the application of the seismic force.

For this analysis will be used the software ETABS-13, which is a tool for structural

design, which will enable us to enter the different structural elements such as

columns, girders, secondary beams, slabs, etc.

After having met the minimum requirements with regard to the analysis of linear

structures, shall be in analysis with known as Pushover Analysis (non-linear

analysis) whose parameters are described in the rules of FEMA, in this you will get

capacity curves (base shear vs lateral displacement).

After the non-linear analysis of the structures, a quotation will be the structure of

metal, that is to say, you will get a very important factor for builders dedicated to the

manufacturing and assembly, this data is the ratio of the weight on the area; and

finally you will observe the structures that will meet both the technical parameters

such as the economic.

XXIV

PRESENTACIÓN

El presente trabajo de tesis contiene siete capítulos en los cuales se analizará

estructuralmente varios edificios de acero en el rango lineal y posteriormente en el

rango no lineal; luego se procederá a realizar un análisis económico con los

resultados obtenidos.

El Capítulo 1. Introducción contiene Antecedentes, Justificación, Objetivos,

Alcance, Definiciones, Estructuras metálicas en el Ecuador.

En el Capítulo 2. Descripción de Códigos, se realiza una breve descripción de

códigos de diseño estructural internacionales y además se incluye la evaluación de

fuerza horizontal que consta en la vigente Norma Ecuatoriana de Construcción

NEC-15.

En el Capítulo 3. Principios fundamentales de diseño por desempeño, contiene

Introducción, Generalidades de análisis estático no lineal (NSP), Niveles de

desempeño; además se presentan los diferentes tipos de arriostramientos laterales

que se utilizaran en el presente proyecto tales como diagonales en cruz, diagonales

en punta y muros de corte de hormigón armado.

En el Capítulo 4. Edificios y modelos considerados, se presenta los edificios de

acero que se analizará, tipología de edificios indicando varios parámetros que serán

utilizados para la determinación de carga horizontal y además se describe el

comportamiento estructural de cada edificio.

En el Capítulo 5. Diseño bajo desempeño utilizando ETABS-13, se describe y

analiza sísmicamente los edificios de acero de acuerdo a la normativa vigente NEC-

15; se realiza análisis no lineal (Pushover) utilizando el software Etabs-13 y se

indica de manera breve el procedimiento de análisis; además se indica de manera

general las conexiones precalificadas y resumen de materiales con planos de

referencia.

XXV

En el Capítulo 6. Filosofía de un buen modelamiento no lineal, se procede a

realizar modelamiento no lineal de un edificio de 7 pisos cuyo sistema estructural

corresponde a SCBFs (elementos especiales de arriostramientos concéntricos),

con luces que varían entre 5.00 a 11.00 metros, se describe de manera rápida el

proceso para realizar en análisis no lineal con la ayuda del software SAP2000,

posteriormente se obtiene curvas de capacidad.

En el Capítulo 7. Evaluación económica de edificios analizados, se procede a

realizar análisis económico con los datos obtenidos en capítulos anteriores; se

presenta algunos precios unitarios y un presupuesto referencial de cada edificio.

El Capítulo 8. Conclusiones y recomendaciones, contiene las conclusiones y

recomendaciones de los resultados obtenidos de análisis estructural como del

análisis económico; recomendaciones del proyecto; bibliografía y anexos.

1

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1 ANTECEDENTES

El diseño de las estructuras se basan en métodos propios de los códigos de

construcción, en donde las cargas que se encuentran aplicadas son relativamente

bajas y se obtienen como resultado que trabajan en el rango elástico, sin embargo,

ante la presencia de un movimiento sísmico, las estructuras en realidad pueden

estar sometidas a la presencia de fuerzas que sobrepasan el limite elástico, aunque

de cierta manera en los códigos de la construcción se puede presentar indicativos

fiables de rendimiento de cada elemento constitutivo de la estructura.

En la actualidad se tiene disponible programas de computadora donde el análisis

estructural inelástico se combina con la evaluación del peligro sísmico con el

rendimiento de la estructura y este análisis se va convirtiendo cada vez más factible.

Cuando una estructura es diseñada bajo lineamientos de resistencia en este se

toma en cuenta de una manera burda los conceptos de ductilidad, pues no se

garantizará que dichas estructuras se desempeñen adecuadamente en caso de un

evento sísmico.

Cuando se habla de diseño por desempeño de las estructuras, este concepto

abarca mucho más del hecho de evitar el colapso de la estructuras ante sismo.

En una edificación es posible que el diseño se lo haga de tal forma que se comporte

bajo ciertos niveles de desempeño para los cuales ha sido diseñada, también es

posible que se determine la vulnerabilidad sísmica de la estructura que ha sido

conceptualizada bajo criterios de demandas sísmicas que se encuentran descritas

en un determinado código de diseño.

2

En las normativas y códigos más usados, las estructuras que se encuentran

diseñadas por resistencia sísmica, tienen como objetivos fundamentales que las

estructuras tengan la capacidad para resistir sismo de baja intensidad sin que estas

sufran de daños significativos en los elementos estructurales, es decir; que no se

produzca el colapso posterior de la estructura y además que se tenga la capacidad

de reparar los elementos bajo sismo moderados y de mucho mayor intensidad.

El diseño de las estructuras basadas en la resistencia sísmica que se encuentran

propuestas en las normativas y códigos, tiene como principal objetivo que las

estructuras resistan sismos de baja intensidad sin que sufran daños estructurales

significativos, sismos moderados con daños que sean reparables y sismos de

mayor intensidad sin que en estas se llegue a producir el colapso.

Al seguir la filosofía de diseño por desempeño sísmico en lo que se refiere al daño

potencial que va a sufrir la estructura, no se tiene una norma a la que tenemos que

regirnos en nuestro medio, es decir, que normalmente se diseña para un sismo y

no se revisa su desempeño ante otras solicitaciones.

Es de vital importancia el reconocer que la seguridad ante el colapso de una

estructura, debido a la presencia de grandes sismos, no implica necesariamente un

comportamiento aceptable del edificio durante sismos de pequeña y mediana

intensidad, como lo ocurrido en sismos recientes (Northridge-USA, 1994-01-17,

Fotografía 1; Umbria Marche Italia, 1997-09-26 y 1997-10-14), en donde se observó

que muchas estructuras diseñadas con un concepto sismo resistentes no sufrieron

el colapso pero si las pérdidas económicas fueron de gran importancia, debido a

que no existió una definición clara de objetivos para el diseño por desempeño de

estructuras, frente a los sismo de diferente intensidad.

No necesariamente un incremento en la resistencia en la estructura puede

garantizar la seguridad de ésta, y como consecuencia no se reducirá el daño de la

estructura. Los principios de diseño por capacidad fueron introducidos en Nueva

Zelanda por Park y Paulay (1975), se comenzó a desarrollar una nueva filosofía de

diseño.

3

En las últimas investigaciones se han incorporado de manera explícita el punto de

desempeño y los parámetros o características de respuesta inelástica, en la que se

incluye el daño acumulado en el procedimiento de diseño.

El principal método de análisis inelástico, es el análisis dinámico no lineal de las

estructuras, para efectos prácticos resulta muy complejo y por esta razón incluso

es impracticable. Por lo tanto han surgido los métodos de análisis estático no lineal,

estos permiten tener una visión más compresible de cómo trabajan las estructuras

cuando están sometidas a movimientos sísmicos y sobrepasan la capacidad

elástica de los elementos.

FUENTE: Internet

Los principios o filosofía de diseño por desempeño se han constituido como una

alternativa mucho más viables para el planteamiento de varios métodos de diseño

sísmico para que se obtengan estructuras que satisfagan las más complejas

necesidades de las modernas sociedades; avances logrados hasta la presente han

permitido replantear nuevos requerimientos de diseño sísmico basados en esta

filosofía y sugieren que las próximas generaciones de códigos estarán basados en

ella.

FOTOGRAFÍA 1.1 SISMO NORTHRIDGE-USA, 1994-01-17

4

A mediados de 1988, ingenieros, investigadores estadounidenses y japoneses

iniciaron una serie de discusiones informales en las que se trataron tema de como

diseñar estructuras sismo-resistentes con desempeño predecible.

La Sociedad de Ingenieros Estructurales de California (SEAOC) estableció el

Comité Vision 2000 y de manera paralela se empezó a plantear en Japón, el

desarrollo de varios enfoques de diseño basados en esta filosofía de diseño.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 OBJETIVO GENERAL

Comprobar que el diseño en edificios de estructuras de acero mediante un análisis

estático No Lineal incide en aspectos estructurales, constructivos y económicos;

tomando como referencia los principios establecidos en Código FEMA (Federal

Emergency Management Agency), ATC (Applied Technology Council), etc.

1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

· Modelar, calcular y diseñar edificios con estructuras de acero, utilizando

diferentes tipos de arriostramientos laterales, tales como: diagonales en

cruz, diagonales en punta y muro de corte de hormigón utilizando la Norma

Ecuatoriana de la Construcción NEC-15.

· Utilizar software ETABS-13 y realizar una análisis no lineal de los edificios

de una manera más ágil, manteniendo los niveles de seguridad de acuerdo

a la excitación sísmica, debiendo las estructuras comportarse de acuerdo a

los niveles de desempeño esperados.

· Determinar el Punto de desempeño de la Estructura mediante un análisis No

Lineal Pushover utilizando el software ETABS-13.

· Realizar un análisis del presupuesto obtenido de las alternativas de diseño

y comparar los resultados económicos de cada estructura.

5

1.3 ALCANCE

El diseño sismo-resistente de las estructuras de acero en la actualidad, se basan

en prever un buen comportamiento de las estructuras frente al sismo de diseño en

el rango elástico, produciendo en varias ocasiones incertidumbres en otros medios

a las secciones de diseño de los elementos estructurales para de esta forma tratar

de satisfacer las normas vigentes en lo referente al diseño sísmico afectando de

esta manera al costo de las estructuras.

Al realizar un análisis lineal, se está verificando la capacidad que tienen las

estructuras para soportar las solicitaciones sometidas a la misma, y se propone

límites permisibles en las derivas de piso, y este análisis no determina el

comportamiento de las estructuras cuando estas sobrepasan más allá del rango

elástico, ni tampoco miden las ductilidad del sistema, dejando una incertidumbre en

cuanto al comportamiento de las estructuras en el rango no lineal.

De persistir la situación actual de los diseño de estructuras, el diseño sismo-

resistente seguirá basándose en investigaciones, normativas y experiencias

internacionales en escenarios que son totalmente diferentes al nuestro, por lo tanto

se obtendrá edificaciones cuya exactitud en la modelación de estructuras de acero

sismo-resistentes y estos resultados serán discutibles.

En el presente trabajo se tratará de conocer e interpretar los niveles de

vulnerabilidad sísmica en las estructuras de acero aplicando un diseño bajo

desempeño mediante el análisis Pushover, ante la aplicación de fuerzas laterales a

los edificios que poseen diferentes tipos de arriostramientos laterales tales como,

diagonales en cruz, diagonales en punta y muros de corte de hormigón armado, se

tomara en cuenta varias recomendaciones dadas en códigos como el FEMA.

Luego de realizado el análisis no lineal para los edificios en cuestión, se procederá

a revisar el peso total de cada una de las estructuras, obteniéndose un factor que

es de vital importancia en la construcción (relación del peso/área) y posteriormente

6

se realiza un análisis de precios unitarios y de esta manera se obtendrá una

evaluación de la alternativa más económica.

1.4 JUSTIFICACIÓN

Las estructuras metálicas en nuestro país, están en función de códigos, referencias,

experiencias y documentos que son métodos tradicionales en lo referente al diseño

sismo-resistente, estas referencias no toman en cuenta un factor esencial, que es

el diseño por desempeño de estructuras.

Por esta razón es muy importante el plantear nuevas soluciones o diseños que

contemplen el diseño por desempeño de estructuras para de esta manera obtener

estructuras más seguras y confiables en cuanto al funcionamiento estructural frente

a sismos de diferente intensidades, y escenarios posibles frente a cualquier tipo de

requerimientos.

Los diseños actuales frente a las normativas vigentes pueden resultar sobre-

dimensionados, pero no efectivos ni óptimos para las necesidades que se tienen

en nuestro país, por lo tanto es imperativo que se plantee este tipo de solución que

beneficiará en varios aspectos tales como: seguridad, economía y en el campo

social.

Para el presente trabajo se tomará como referencia base el código FEMA, éste nos

ofrece varias tablas, ábacos y directrices de cálculo para facilitarnos un adecuado

modelamiento de las estructuras y de esta forma que los ingenieros estructurales

puedan realizar diseño mucho más confiables y por lo tanto afianzar de mejor

manera el diseño por desempeño de estructuras en nuestro país.

1.5 DEFINICIONES

A continuación se presentan algunas definiciones importantes, que serán utilizadas

de alguna manera en los capítulos siguientes.

7

1.5.1 DISEÑO BASADO EN DESEMPEÑO SÍSMICO

Consiste en la selección de apropiados esquemas de evaluación que permitan el

dimensionado y detallado de los componentes estructurales, no estructurales, de

manera que para un nivel especificado de movimiento sísmico y con diferentes

niveles de confiabilidad, la estructuras no debe sufrir daños más allá de ciertos

estados límites.

1.5.2 NIVEL DE DESEMPEÑO

Es aquel que describe un estado límite de daño discreto y representa una condición

tolerable que está en función de tres aspectos que son fundamentales como son:

los posibles daños físicos que se presentan en los elementos estructurales y no

estructurales, las amenazas en los referente a la seguridad de los ocupantes de la

edificación y la funcionalidad de la edificación posterior al evento sísmico.

1.5.3 CAPACIDAD ESTRUCTURAL

De una estructura depende de la resistencia y deformación máxima de sus

componentes individuales. Para determinar la capacidad más allá del límite elástico

es necesario utilizar otro tipo de análisis, el denominado análisis estático no lineal

(análisis Pushover).

1.5.4 CURVA DE CAPACIDAD

Procedimiento que se usa una serie de análisis elásticos secuenciales, que se

superponen para aproximarse y representarse en un diagrama, esta representación

(curva) relaciona el cortante basal y los desplazamientos en el nivel superior de la

estructura, se aplican una serie de fuerzas horizontales, las cuales se van

incrementando de manera monotónica hasta que la estructura alcanza su

capacidad máxima.

8

1.5.5 ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL (ANÁLISIS PUSHOVER)

Es una técnica simple y eficiente para determinar la capacidad, resistencia-

deformación, de un tipo de estructura, bajo una distribución esperada de fuerzas

inerciales.

1.5.6 PELIGRO SÍSMICO

En un lugar depende principalmente de tres factores: la sismicidad de las fuentes

sísmicas que puedan afectarlo, la distancia que existe entre dichas fuentes y el sitio,

y por último de los efectos de la geología local. La sismicidad corresponde a la

descripción estadística de la frecuencia con la que ocurren sismos de diferentes

magnitudes en cada fuente.

1.6 ESTRUCTURAS METÁLICAS EN EL ECUADOR

Actualmente se está empezando a utilizar con mayor frecuencia las estructuras

metálicas en la construcción de viviendas, edificio, centros comerciales, etc; en

nuestro país, esto se debe algunas ventajas tales como: cubren grandes luces,

secciones menores en columnas, peso de la estructura, gran facilidad de montaje,

rapidez de ejecución.

La gran mayoría de edificaciones en nuestro país son en hormigón armado, su buen

comportamiento estructural a lo largo del tiempo se ha posicionado fuertemente en

el campo de la industria de la construcción; pero en estos últimos años, los

constructores no han sido renuentes a los cambios en la construcción con el empleo

de nuevos materiales como el acero y aprovechar las bondades estructurales y

arquitectónicas que ofrecen estos materiales.

En el campo industrial un factor fundamental para el desarrollo de la misma es el

tiempo, mientras este sea menor en la ejecución de una tarea, mayor será la

producción y por lo tanto mayor ganancia.

9

La utilización de estructuras metálicas en la construcción, permiten una mayor

industrialización en la ejecución de edificaciones prefabricadas de ahí la

importancia de empezar a realizar el cálculo, diseño y construcción de edificios con

estructuras metálicas de forma masiva.

A continuación se presenta una serie de fotografías de edificios con estructura

metálicas en la ciudad de Quito:

FOTOGRAFÍA 1.2 EDIFICIO SECTOR AV. 12 DE OCTUBRE. QUITO

FOTOGRAFIADO POR: Guerrero Patricio

10

FOTOGRAFÍA 1.3 EDIFICIO SECTOR CALACALÍ


FOTOGRAFÍA 1.4 EDIFICIO SECTOR AV. AMAZONAS. QUITO


11

CAPÍTULO 2

DESCRIPCIÓN DE CÓDIGOS

En este capítulo se realizará un resumen de normas y códigos que indican

parámetros y recomendaciones para evaluar en primera instancia la parte estática

lineal y posteriormente se presentará los lineamientos para la aplicación del análisis

no lineal; además se presentan los parámetros utilizados para determinar las

cargas horizontales que serán aplicadas a cada modelo estructural.

2.1 NSR-10 (NORMA SISMO RESISTENTE)

La Norma Sismo Resistente de Colombia 2010 (NSR-10) fue introducido en abril

del 2010 y entró en vigencia desde diciembre del mismo año, reemplazando a la

normativa anterior que data del año 1998 (NSR-98).

En la NSR-10 toma en cuenta normas internacionales tales como el FEMA 450-

2006 y el Intenational Building Code (IBC-2009), los cuales bajo la dirección de la

Comisión Asesora Permanente del Régimen de Construcciones Sismo Resistentes

procedieron a realizar las respectivas actualizaciones de la norma colombiana.

El NSR-10 tabula valores del factor de disipación de energía de una forma muy bien

resumida, en la que se ubica el tipo de estructura y el tipo de material incluso toma

en cuenta la zona de amenaza sísmica; adicionalmente se muestra el valor del

coeficiente de sobre-resistencia para cada estructura, el cual es útil para cuando el

material de la estructura y el grado de disipación de energía requieran que los

elementos frágiles o las conexiones entre elementos, se diseñen para fuerzas

sísmicas amplificadas por este coeficiente.

En la tabla de valores del Código Colombiano NSR-10 se presenta la notación de

R0, esto se debe a que cuando una estructura se la clasifica como una estructura

irregular, el valor del coeficiente de respuesta sísmica R0 se lo debe reducir

12

multiplicando por fa debido a irregularidades en altura, por fp debido a

irregularidades en planta y por fr debido a ausencia de redundancia en el sistema

estructural de resistencia sísmica.

Es necesario indicar que los valores de los coeficientes de reducción de resistencia

sísmica R0 que se presentan en el código colombiano son con fuerzas sísmicas

ultimas, es decir, que su espectro es de cargas ultimas. Los valores de capacidad

de disipación de energía para estructuras de edificación fluctúan entre 8 y 1.

Anexos.

2.2 MINIMUM DESIGN LOADS FOR BUILDING AND OTHER STRUCTURES

(ASCE 7-10)

El ASCE 7-10 es el código que norma la construcción en los Estados Unidos de

Norteamérica, el cual establece requisitos para el cálculo y diseño estructural y

establece la determinación de cargas de mínimas de diseño, entre estas las cargas

utilizadas para evaluar sismo.

Los valores de la capacidad de disipación de energía (R) del ASCE -10 se

encuentran tabulados de una manera detallada en la que se debe conocer el

material y tipo de estructura, además se indica el coeficiente conocido como sobre-

resistencia (Ω0) y el factor de amplificación de la deflexión (Cd) para cada

estructura; inclusive se indica la categoría de diseño sísmico.

Cabe mencionar, que los valores del coeficiente (R) que se presentan en el ASCE

7-10 fluctúan entre 8 y 1.5 para estructuras de edificaciones. Adicionalmente se

presenta una tabla de valores para (R) para estructuras que son diferentes a las

edificaciones, estos valores fluctúan de 3 hasta 1.25. Anexos.

2.3 EUROCODIGO

Los Eurocódigos estructurales son un conjunto de normas europeas para la ingeniería de

carácter voluntario, redactadas por el Comité Europeo de Normalización (CEN) y que

13

pretenden unificar criterios y normativas en las materias de diseño, cálculo y dimensionado

de estructuras y elementos prefabricados para edificación.

Las directrices de los eurocódigos se dividen en principios y reglas. Los principios

comprenden afirmaciones generales para los que no existe elección alternativa y por tanto

deben ser satisfechos por todo proyecto al eurocódigo, también comprenden

requerimientos técnicos y modelos analíticos obligatorios. Por otro lado las reglas de

aplicación por el contrario son recomendaciones o procedimientos que siguen los

principios pero para los cuales pueden considerarse procedimientos alternativos, siempre

y cuando satisfagan los principios al mismo nivel que las reglas recomendadas por el

propio eurocódigo.

En cuanto a las bases de cálculo más propiamente dicha los eurocódigo siguen el método

de los estados límites. Los estados límites incluyen aspectos como la capacidad

resistente, la funcionalidad y la durabilidad.

Existen 10 Eurocódigos Estructurales, desde la EN 1990 a EN 1999, divididos a su vez

en varias partes y sub-partes. Para el presente trabajo se puede tener como referencia a

los siguientes:

· EN 1993 Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero.

· EN 1998 Eurocódigo 8: Proyecto de estructuras sismo-resistentes.

2.4 FEMA-273 (FEDERAL EMERGENY MANAGEMENT AGENCY

Han sido desarrollados varios procedimientos para el modelado, parámetros o

criterios de aceptación y lineamientos para el análisis conocido como Pushover,

adicionalmente en el FEMA-273 se presentan criterios de fuerza-deformación para

las articulaciones usadas en el análisis tipo Pushover.

Los puntos A, B, C, D, y E; que están indicados en la Figura 2.1, son utilizados para

definir el comportamiento de deflexión de la articulación además de tres puntos IO,

LS y CP que son usados para definir los criterios de aceptación para la articulación,

los valores que pertenecen a cada uno de estos puntos varían dependiendo del tipo

14

de elemento estructural así como muchos otros parámetros definidos por el FEMA-

273.

La respuesta de un elemento se mide en función del criterio de aceptación

establecido y es usado para establecer los límites de desempeño en término de las

deformaciones.

· Un elemento cuya respuesta esté entre B y IO indica que la estructura

puede ser ocupada de inmediato luego de producido el evento sísmico.

· Si la respuesta está en el tramo entre IO y LS se debe definir con un criterio

técnico la seguridad de las vidas de los ocupantes.

· En el punto CP será necesario prevenir el colapso por medio de

rehabilitación de la estructura.

FIGURA 2.1 GRADO DE ESFUERZO RESPECTO A LA FLUENCIA F/FY VS RELACIÓN DE GIRO q/qY DEL ELEMENTO

FUENTE: Informe Técnico Edificio Plaza 2000

En donde:

A = Origen correspondiente a la condición sin carga lateral.

B = Límite de fluencia nominal que corresponde al inicio de daños estructurales.

C = Límite de seguridad estructural. Representa el punto de máxima capacidad.

Más allá de esta deformación no puede ser garantizada la reversión de las fuerzas

laterales cíclicas. Para los elementos frágiles como el concreto, esta deformación

15

está muy cerca de la deformación a la que se alcanzó la fluencia. Para los

elementos de acero esta deformación es mayor que la deformación de fluencia.

D = Esfuerzo residual. La caída en la resistencia entre C y D representa el fracaso

inicial del elemento estructural. Puede estar asociado con fenómenos como la

fractura del refuerzo longitudinal, desprendimiento del hormigón o fallas de

confinamiento del refuerzo transversal.

E = Colapso. El punto E es el punto que define la máxima deformación más allá de

la cual el elemento ya no puede sostener la carga gravitacional.

2.4.1 ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL

El análisis estático no lineal “Pushover” es una técnica simple y eficiente que sirve

para estudiar la capacidad, resistencia-deformación, de una determinada estructura

bajo una distribución esperada de fuerzas inerciales, la cual se debe incrementar

de manera monotónica hasta que la estructura alcance el desplazamiento máximo,

en la Figura 2.2.

FIGURA 2.2 CORTANTE BASAL VS DESPLAZAMIENTO EN EL TOPE DE LA ESTRUCTURA

FUENTE: Vulnerabilidad y riesgo sísmico de edificios

El sistema de cargas a las cuales se somete a la estructura, Fi, se incrementa de

manera monotónica hasta que la estructura alcanza su capacidad máxima, de esta

16

forma se puede identificar la formación sistemática de grietas en los elementos

estructurales, cedencia de juntas y la falla mecánica de los componentes, el estado

límite de serviciabilidad de la estructura, deformaciones máximas y cortantes de la

estructura, este último corresponde a lo que se conoce como curva de capacidad.

Se utiliza la conocida técnica Pushover, que es la más apropiada para obtener la

Curva de Capacidad Lateral de la estructura más allá del Rango Elástico y además

obtener la formación secuencial de mecanismos y fallas en los elementos de la

estructura.

El procedimiento del Pushover consiste en un proceso sucesivo de análisis

estáticos incrementales que toman en cuenta la variación de la rigidez en los

elementos en cada elemento. Este análisis se efectúa incrementando carga lateral

hasta que la estructura alcanza ciertos límites de desplazamientos o hasta cuando

se produzca la inestabilidad.

Para este proceso es necesario conocer las dimensiones y el acero en los

elementos de la estructura e incursionar en las propiedades no lineales de fuerzas

y deformaciones en las secciones.

Los objetivos a determinar del análisis Pushover son:

· Capacidad Lateral de la estructura.

· Identificar cuáles son los elementos susceptibles a fallar primero.

· La ductilidad Local de elementos.

· La ductilidad global de estructura.

· Concepto de vigas débiles y columnas fuertes.

· Degradación global de resistencia.

· Verificar los desplazamientos relativos inelásticos.

· Chequear los criterios de aceptación a nivel local de cada elemento.

17

2.4.1.1 Formación de las rotulas plásticas

Cuando se produce un evento sísmico, el comportamiento inelástico en las

estructuras, el sitio en el cual se estima la formación de las rótulas plásticas se

suele concentrar en zonas en donde se produce una alta demanda sísmica y

corresponden a las zonas que se encuentran adyacentes de las vigas a los nudos.

Se acostumbra el considerar una zona de daño equivalente en la cual se ve

concentrada toda la deformación elástica, a esta zona se la conoce como rótula

plástica y le corresponde la longitud “Lp” como se muestra en la Figura 1.3, una

aproximación para longitud efectiva “Lp” es de 0.4 a 0.5 veces el peralte del

elemento y se asume además que en esta longitud la curvatura es constante.

Para los modelos matemáticos analizados en el presente proyecto se definirán las

rótulas plásticas de los elementos Viga y Columna al 5% y 95% de la longitud total

del elemento. La hipótesis para que este modelo se cumpla, es que el nudo de la

unión viga-columna no falle.

FIGURA 2.3 DEFINICIÓN RÓTULAS PLÁSTICAS EN VIGAS

ELABORADO POR: Guerrero Patricio

2.5 ATC-40 (APPLIED TECHNLOGY COUNCIL)

En el ATC-40 capítulo 8, se hace hincapié en el uso de los procedimientos estáticos

no lineales en general y se centra en el método de espectro de capacidad. Este

método no ha sido desarrollado previamente y proporciona un tratamiento

particularmente riguroso de la reducción de la demanda sísmica para aumentar el

desplazamiento. A continuación se presenta un esquema del procedimiento

analítico indicado en ATC-40.

18

FIGURA 2.4 PROCEDIMIENTO ANALÍTICO ATC-40

FUENTE: ATC-40. Capítulo 8.

EDITADO POR: Guerrero Patricio

Los métodos para realizar el análisis estático no lineal simplificado, se presenta dos

claves para el desarrollo del análisis:

· La demanda, es una representación del movimiento sísmico y la capacidad

es una representación de la capacidad de la estructura para resistir la

demanda sísmica.

· Para cuando se realiza el análisis se requiere la determinación de la

capacidad, la demanda (desplazamientos) y el rendimiento.

19

La capacidad de una estructura depende de la resistencia y capacidad de

deformación de sus componentes individuales. Para determinar la capacidad de

una estructura más allá de su límite elástico, se requiere de un análisis no lineal tal

como el procedimiento Pushover. Este procedimiento usa una determinada serie

de análisis elásticos de manera secuencial y luego éstos son superpuestos para

tratar de aproximar a un diagrama de fuerza-desplazamiento de toda la estructura.

El modelo matemático de la estructura es modificado en cada paso, para tomar en

cuenta la reducción de rigidez de los componentes que alcanzaron su fluencia,

luego se aplica un incremento en la fuerza externa de manera que otros

componentes también alcancen su fluencia. Este proceso continúa hasta que la

estructura se vuelve inestable o hasta que se alcance un límite pre establecido.

En cuanto a la demanda; A diferencia de los métodos de análisis lineal que

emplean fuerzas laterales para representar una condición de diseño, los métodos

de análisis no lineal emplean desplazamientos laterales como una condición de

diseño, ya que son más directos y fáciles de usar. Para una determinada estructura

y una solicitación sísmica, el desplazamiento de demanda es una estimación de la

respuesta máxima esperada durante el movimiento sísmico.

El desempeño; Una vez que se han determinado la curva de capacidad y se ha

definido el desplazamiento de demanda, se puede evaluar el desempeño de la

estructura. La verificación del desempeño verifica que los componentes

estructurales y no estructurales no estén dañados más allá de los límites aceptables

del desempeño objetivo.

2.6 NEC-15 (NORMA ECUATORIANA DE LA CONSTRUCCIÓN)

El objetivo primordial de la NEC, es el de regular los procesos para dar fiel

cumplimiento a las exigencias básicas en la parte de seguridad y calidad de todo

tipo de estructuras en las fases de diseño, construcción y mantenimiento de las

mismas.

20

A partir del año 2011 en el Ecuador se dieron varios cambios muy importantes en

la industria de la construcción, en la cual la CAMICON (Cámara de la Industria de

la Construcción), estudió la necesidad de proponer cambios en la normativa vigente

anteriormente, luego de este evento hubo una socialización de una nueva

propuesta en las normativas de diseño y construcción, pues se utilizaba el conocido

CEC-2002 (Código Ecuatoriano de la Construcción); en agosto del 2014 se

introdujo y se empezó aplicar 6 capítulos de la NEC, estos comprendían: Cargas

no sísmicas, diseño sismo resistente, estructuras de hormigón armado, geotécnica

y cimentaciones, mampostería estructural y rehabilitación sísmica.

Los parámetros presentados en el capítulo concerniente a cargas sísmica provocó

varias discrepancias entre los ingenieros dedicados al diseño estructural, por esta

razón se buscó tener un acuerdo, por lo que en esta sección de la norma como

también los otros capítulos sufrieron varias modificaciones y actualizaciones; el 10

de enero de 2015, el Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda mediante Acuerdo

Ministerial numero 0047 publicado en el Registro Oficial N°413, dispuso la

aplicación obligatoria en todo el país de 10 capítulos de la NEC.

Los capítulos de la NEC, fueron elaborados mediante el Convenio de Cooperación

Interinstitucional suscrito en el año 2008 entre el MIDUVI y CAMICON.

Luego de la actualización de los seis capítulos que estuvieron vigentes en el año

anterior y la inclusión de cuatro adicionales, entran en aplicación obligatoria los

siguientes:

§ NEC_SE_CG: Cargas (No Sísmicas).

§ NEC_SE_DS: Peligro sísmico y requisitos de diseño sismo resistente.

§ NEC_SE_RE: Riesgo sísmico, evaluación, rehabilitación de estructuras.

§ NEC_SE_HM: Estructuras de Hormigón Armado.

§ NEC_SE_MP: Estructuras de Mampostería Estructural.

§ NEC_SE_GM: Geotecnia y Diseño de Cimentaciones.

§ NEC_SE_AC: Estructuras de Acero.

§ NEC_SE_MD: Estructuras de Madera.

21

§ NEC_HS_VIDRIO: Vidrio.

§ NEC_SE-VIVIENDA: Viviendas de hasta dos pisos con luces de hasta 5m.

Para el presente proyecto se analizaran los siguientes capítulos: NEC_SE_DS y

NEC_SE_AC.

2.6.1 CARGAS HORIZONTALES (DISEÑO SISMO RESISTENTE NEC-15)

En esta sección de la norma, se presentan los requerimientos y metodologías que

deberían ser aplicados al diseño sismo resistente de edificios y otras estructuras;

complementadas con normas extranjeras reconocidas.

La filosofía expresada en la presente sección de la norma, busca como objetivo

primordial el evitar la pérdida de vidas a través de impedir el colapso de las

estructuras; se pone mucho mayor énfasis cuando el objetivo de protección se da

en mayor medida y garantía de la funcionalidad de las estructuras luego de

producido en evento sísmico para las estructuras que tengan carácter de ocupación

especial y esencial.

Actualmente alrededor del mundo, las tendencias se centran no solo en la

protección del elemento humano, sino también en la protección que se debe dar a

las estructuras y a la obtención de los diversos niveles de desempeño sísmico para

cualquier tipo de estructura.

Las especificaciones dadas en este capítulo deberán ser consideradas como

requisitos mínimos para el diseño estructural de edificios, estos requisitos se basan

en el comportamiento elástico lineal y no lineal de las estructuras, cabe destacar

que estos requisitos son de cumplimiento obligatorio a nivel nacional del Ecuador.

A continuación se presentan de manera general los procedimientos y requisitos

mínimos:

· Zona sísmica donde se construirá la estructura, conocido como: (Z)

· Las características del sitio donde se va a implantar la estructura.

22

· Tipo de uso, destino e importancia de la Estructura, conocido como (I).

· La resistencia mínima de diseño para todas las estructuras deberá basarse

en las fuerzas sísmicas de diseño.

2.6.1.1 Cortante Basal

Se conoce como cortante basal a la fuerza total de diseño por carga lateral, aplicada

en la base de la estructura, siendo ésta el resultado de la acción del sismo de

diseño. Se calcula como un porcentaje de la carga muerta, conocida también como

Carga Sísmica Reactiva (W=D); en el caso que la ocupación de la estructura será

de tipo especial como bodegas de almacenaje, la carga reactiva será:

(W=D+0.25L).

La ecuación del cortante basal está dada por:

Donde:

“V” es cortante basal total de diseño, “I” es el factor de importancia, “Sa (Ta)” es el

espectro de diseño en aceleración, “R” es el factor de reducción de resistencia

sísmica, “Φp” es el factor de irregularidad en planta, “Φe” es el factor de irregularidad

en elevación, “W” es la carga sísmica reactiva, “Ta” es el periodo de vibración

fundamental.

2.6.1.2 Requisitos para el Diseño Sismo resistente

Se debe cumplir los siguientes requisitos:

a) No colapso – Condición de resistencia.- Se verificará que la estructura no

sobrepase ningún límite de falla.

b) Limitaciones de daños – deformaciones.- Se controlará la deriva de piso

máxima.

(2.1)

23

c) Ductilidad.- Se verificará que la estructura pueda disipar energía de

deformación inelástica, haciendo uso de las técnicas de diseño por

capacidad o mediante la utilización de dispositivos de control sísmico.

2.6.1.3 Factor de importancia

La razón fundamental del factor (I), es el de incrementar la demanda sísmica de

diseño para estructuras que por las características de uso o de importancia deben

permanecer operativas o deben sufrir daños menores durante y después de

ocurrido en sismo de diseño. A continuación se presenta la Tabla 2.1 en la que se

detalla la categoría, tipo de usos o importancia y el coeficiente (I).

TABLA 2. 1 FACTOR DE IMPORTANCIA (I)

Categoría Tipo de uso, destino e importancia Coeficiente I

Edificaciones Esenciales

Hospitales, clínicas, Centros de Salud o de emergencia sanitaria. Instalaciones militares, de policía, bomberos, defensa civil. Garages o estacionamientos para vehículos y aviones que atienen emergencias. Torres de control aéreo. Estructuras de centros de telecomunicaciones u otros centros de atención de emergencias. Estructuras que albergan equipos de generación y distribución eléctrica. Tanques u otras estructuras utilizadas para depósito de agua u otras substancias anti-incendio. Estructuras que albergan depósitos tóxicos, explosivos, químicos u otras sustancias peligrosas.

1.5

Estructuras de

ocupación especial

Museos, Iglesias, Escuelas y centros de educación o deportivos que albergan más de trescientas personas. Todas las estructuras que albergan más de cinco mil personas. Edificios públicos que requieren operar continuamente

1.3

Otras Estructuras

Todas las estructuras de edificación y otras que no clasifican dentro de las categorías anteriores.

1.0

FUENTE: Norma Ecuatoriana de la Construcción

24

2.6.1.4 Espectro de Diseño

Se presenta el espectro de diseño para estructuras cuya ocupación es de tipo

normal, además cabe mencionar que la NEC, presenta diferentes metodologías

para la obtención del espectro cuando las estructuras son de ocupación especial, y

además para tipos de estructuras que serán construidas en suelos de tipo F.

En lo referente a estructuras de tipo normal, se obtiene la curva Sa(T) mediante el

factor de zona sísmica (Z).

FIGURA 2.5 ESPECTRO DE RESPUESTA ELÁSTICO DE ACELERACIONES


Se obtiene este espectro mediante la aplicación de las siguientes ecuaciones,

válidas para periodos de vibración T que se encuentran en dos rangos.

Sa = η Z Fa para 0 ≤ T ≤ Tc

Sa = η Z Fa (Tc/T)^T para T > Tc

Siendo:

η = 1.80 Provincias de la Costa (excepto Esmeraldas)

η = 2.48 Provincias de la Sierra, Esmeraldas y Galápagos.

η = 2.60 Provincias del oriente.

(2.2) (2.3)

25

T: Periodo fundamental de la Estructura

Tc= 0.55 Fs Fd/Fa

2.6.1.5 Periodo de vibración Ta

La NEC presenta dos métodos para la determinación del periodo de vibración

aproximado Ta.

· Método 1:

Siendo:

Ta: Periodo de vibración

hn: Altura máxima de la edificación, medida desde la base de la estructura.

Ct: Coeficiente que depende del tipo de edificio.

TABLA 2. 2 COEFICIENTES CT Y a

Tipo de estructura Ct α

Estructuras de Acero Sin arriostramientos 0.072 0.80 Con arriostramientos 0.073 0.75

Pórticos especiales de hormigón armado Sin muros estructurales ni diagonales rigidizadoras 0.055 0.9

Con muros estructurales o diagonales rigidizadoras y para otras estructuras basadas en muros estructurales o y mampostería estructural

0.055 0.75


· Método 2:

En el presente método se considera las propiedades estructurales y las

características de deformación de los elementos resistentes, aplicada en cada

dirección principal.

Siendo:

(2.4)

(2.5)

(2.6)

26

fi: Representa cualquier distribución aproximada de las fuerzas laterales del

piso i.

i: Deflexion elástica del piso i.

wi: Peso asignado al piso o nivel i de la estructura.

Cabe anotar que el periodo calculado es solo una aproximación del periodo real

de la estructura, y cualquiera que sea el software de cálculo que se utilice, aunque

se determine un periodo con n decimales, no significará que sea exacto.

2.6.1.6 Factor de Zona Sísmica Z

Se presenta el mapa del Ecuador en el que se han dividido en seis zonas sísmicas,

tal como se presenta en la Figura 1.5. El factor de zona Z proviene del resultado

del estudio de peligro sísmico para un 10% de excedencia en 50 años (periodo de

retorno de 475 años).

TABLA 2.3 VALORES DEL FACTOR Z EN FUNCIÓN DE LA ZONA SÍSMICA ADOPTADA

Zona sísmica I II III IV V VI Valor Z 0,15 0,25 0,30 0,35 0,40 ≥ 0.5

Caracterización del peligro Intermedia Alta Alta Alta Alta Muy alta

sísmico FUENTE: Norma Ecuatoriana de la Construcción

27

FIGURA 2.6 ECUADOR, ZONAS SÍSMICAS PARA PROPÓSITOS DE DISEÑO


2.6.1.7 Tipos de perfiles de suelos para el Diseño Sísmico

A continuación se presenta la clasificación de los diferentes perfiles de suelo en

seis categorías.

TABLA 2.4 CLASIFICACIÓN DE LOS PERFILES DE SUELO

Tipo de Perfil

Descripción Definición

A Perfil de roca competente Vs ≥ 1500 m/s B Perfil de roca de rigidez media 1500 ≥ Vs ≥ 760 m/s

C

Perfiles de suelo muy densos o roca blanda que cumplan con el criterio de velocidad de la onda de cortante, o

760 ≥ Vs ≥ 360 m/s

Perfiles de suelo muy densos o roca blanda que cumplan con cualquiera de los dos criterios.

N ≥ 50.0 Su ≥ 100 kPa

D

Perfiles de suelos rígidos que cumplan con el criterio de velocidad de la onda de cortante, o

360 ≥ Vs ≥ 180 m/s

Perfiles de suelos rígidos que cumplan cualquiera de las dos condiciones.

50 ≥ N ≥ 15.0 100 Kpa ≥Su ≥ 50 kPa

28

TABLA 2.4 CONTINUACIÓN

E

Perfil que cumpla con el criterio de velocidad de la onda de cortante, o Vs < 80 m/s

Perfil que contiene un espesor total H mayor de 3 m de arcillas blandas

IP > 20 w ≥ 40% Su < 50 kPa

F

Los perfiles de suelo tipo F requieren una evaluación realizada explícitamente en el sitio por un ingeniero geotecnista. Se contemplan las siguientes Subclases:

F1- Suelos susceptibles a la falla o colapso causado por la excitación sísmica, tales como: suelos licuables, arcillas sensitivas, suelos dispersos o débilmente cementados, etc. F2- Turba y arcillas orgánicas muy orgánicas (H > 3m para turba o arcillas orgánicas y muy orgánicas) F3- Arcillas de muy alta plasticidad ( H > 7.5 m con índice de plasticidad IP > 75

F4- Perfiles de gran espesor de arcillas de rigidez mediana a blanda. (H > 30 m) F5- Suelos con contrastes de impedancia α ocurriendo dentro de los primeros 30 m superiores del perfil de subsuelo, incluyendo contactos entre suelos blandos y roca, con variaciones bruscas de velocidades de ondas de corte. F6- Rellenos colocados sin control ingenieril.


Adicionalmente se indican coeficientes que van asociados con el tipo de perfil del

suelo, tales como: Fa, Fd y Fs.

29

TABLA 2.5 COEFICIENTES DE PERFIL DE SUELO

Tipo de perfil del subsuelo

I II III IV V VI

Factor Z 0.15 0.25 0.30 0.35 0.40 ≥ 0.50

Fa, Coeficiente de amplificación de suelo en la zona de periodo corto

A 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 B 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 C 1.40 1.30 1.25 1.23 1.20 1.18 D 1.60 1.40 1.30 1.25 1.20 1.12 E 1.80 1.40 1.25 1.10 1.00 0.85 F Evaluado por un ingeniero geotecnista

Fd, desplazamientos para diseño en roca A 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 B 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 C 1.36 1.28 1.19 1.15 1.11 1.06 D 1.62 1.45 1.36 1.28 1.19 1.11 E 2.10 1.75 1.70 1.65 1.60 1.50 F Evaluado por un ingeniero geotecnista

Fs, comportamiento no lineal de los suelos A 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 B 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 C 0.85 0.94 1.02 1.06 1.11 1.23 D 1.02 1.06 1.11 1.19 1.28 1.40 E 1.50 1.60 1.70 1.80 1.90 2.00 F Evaluado por un ingeniero geotecnista


2.6.1.8 Factor de reducción de respuesta sísmica R

Factor que permite la reducción de las fuerzas sísmicas permitiendo de tal forma

que las estructuras y sus elementos de conexión sean diseñados para tener la

capacidad de desarrollar un mecanismo de falla previsible y con una adecuada

ductilidad. Se presenta a continuación tabla para sistemas estructurales dúctiles y

sistemas de ductilidad limitada.

30

TABLA 2.6 FACTOR DE REDUCCIÓN DE RESPUESTA ESTRUCTURAL R

Sistemas Estructurales Dúctiles R

Sistemas Duales

Pórticos especiales sismo resistentes, de hormigón armado con vigas descolgadas y con muros estructurales de hormigón armado o con diagonales rigidizadoras (sistemas duales).

8

Pórticos especiales sismo resistentes de acero laminado en caliente, sea con diagonales rigidizadoras (excéntricas o concéntricas) o con muros estructurales de hormigón armado.

8

Pórticos con columnas de hormigón armado y vigas de acero laminado en caliente con diagonales rigidizadoras (excéntricas o concéntricas)

8

Pórticos especiales sismo resistentes, de hormigón armado con vigas banda, con muros estructurales de hormigón armado o con diagonales rigidizadoras.

7

Pórticos resistentes a momentos

Pórticos especiales sismo resistentes, de hormigón armado con vigas descolgadas.

8

Pórticos especiales sismo resistentes, de acero laminado en caliente o con elementos armados de placas.

8

Pórticos con columnas de hormigón armado y vigas de acero laminado en caliente.

8

Otros sistemas estructurales para edificaciones Sistemas de muros estructurales dúctiles de hormigón armado. 5

Pórticos especiales sismo resistentes de hormigón armado con vigas banda.

5

Sistemas Estructurales de Ductilidad Limitada

Pórticos resistentes a momento

Hormigón Armado con secciones de dimensión menor a la especificada en la NEC-SE-HM, limitados a viviendas de hasta 2 pisos con luces de hasta 5metros.

3

Hormigón Armado con secciones de dimensión menor a la especificada en la NEC-SE-HM con armadura electro soldada de alta resistencia

2.5

Estructuras de acero conformado en frío, aluminio, madera, limitados a 2 pisos.

2.5

Muros estructurales portantes Mampostería no reforzada, limitada a un piso. 1 Mampostería reforzada, limitada a 2 pisos. 3 Mampostería confinada, limitada a 2 pisos. 3 Muros de hormigón armado, limitados a 4 pisos. 3


31

2.6.1.9 Carga Sísmica Reactiva

Carga sísmica reactiva W se obtiene como: W=D

Para el caso de bodegas y almacenaje se obtendrá como

W=D+0.25L

D: Carga Muerta total de la estructura

Li: Carga viva del piso i

2.6.2 ESTRUCTURAS DE ACERO -NEC-15

Las especificaciones detalladas en la sección de estructuras de acero de la NEC,

tiene como sustento o base de las normas ANSI/AISC (Seismic Provisions for

Structural Steel Buildings) y manual FEMA 350 (Recomended Seismic Design

Criteria for New Steel Moment Frame Buildings).

Estas especificaciones están organizadas en cuatro partes:

a) Requerimientos Generales

b) Análisis y detalle de los diferentes tipos de pórticos

c) Conexiones precalificadas para pórticos especiales a momento

d) Plan de garantía, control de calidad, y especificaciones de soldadura

Para el presente trabajo de tesis, se va a analizar los requerimientos generales y

los pórticos especiales a momento, que corresponderá al analizar

estructuralmente los diferentes edificios destinados para este trabajo.

2.6.2.1 Requerimientos Generales de Diseño

A continuación se presenta los requerimientos generales de diseño sísmico:

· La resistencia requerida de los miembros estructurales y conexiones

deberá será determinada por medio de un análisis estructural, basado en

función de las cargas y combinaciones que se mencionaran en el desarrollo

del presente acápite.

(2.7)

(2.8)

32

· El control de derivas obedecerá a lo estipulado en la sección NEC_SE_DS,

siendo:

TABLA 2.7 VALORES DM MÁXIMOS, EXPRESADOS COMO FRACCIÓN DE LA ALTURA DE PISO

Estructuras de: ΔM

máxima

Hormigón armado, estructuras metálicas y de madera 0.02

De mampostería 0.01 FUENTE: Norma Ecuatoriana de la Construcción

· Cargas, y combinaciones de carga, se determinaran en base al Capítulo

NEC_SE_CG (Cargas no sísmicas). Siendo las combinaciones básicas:

C1: 1.4D

C2: 1.2D + 1.6L + 0.5max [Lr; S; R]

C3: 1.2D + 1.6max [Lr; S; R]+ max[L; 0.5W]

C4: 1.2D + 1.0W + L + 0.5max[Lr; S; R]

C5: 1.2D + 1.0E + L + 0.2S

C6: 0.9D + 1.0W

C7: 0.9D + 1.0E

Siendo:

D Carga permanente

E Carga de sismo

L Sobrecarga (carga viva)

Lr Sobrecarga cubierta (carga viva)

S Carga de granizo

W Carga de viento

· Resistencia Nominal Rn, de miembros y conexiones deberán cumplir con

la Especificación ANSI/AISC360-10.

· La Resistencia Disponible, Rd, es definida como la resistencia de diseño,

φRn, para el método de diseño por los factores de carga (LRFD); y la

Resistencia Admisible, Rn/Ω, de acuerdo con el método de diseño por

(2.9)

(2.10)

(2.11)

(2.12)

(2.13)

(2.14)

(2.15)

33

resistencia admisible (ASD). La resistencia disponible de miembros y

conexiones deberán cumplir la especificación ANSI/AISC360-10.

2.6.2.2 Diseño por Capacidad NEC-15

De acuerdo a las disposiciones de la NEC-15, se utiliza varios sistemas

estructurales tales como pórticos especiales a momento, pórticos especiales

arriostrados concéntricamente y pórticos arriostrados excéntricamente.

En el diseño por capacidad, la resistencia requerida en la mayoría de los elementos

es determinada en base a las fuerzas correspondientes a la capacidad probable

(resistencia disponible) de ciertos miembros designados como cedentes (fusibles).

Algunos de estos miembros incluyen las regiones de articulaciones plásticas en

pórticos especiales a momento, las diagonales de pórticos especiales arriostrados

concéntricamente y los vínculos en pórticos arriostrados Estructuras de Acero

excéntricamente.

Utilizando esta metodología sirve para confinar demandas de ductilidad en

miembros que tienen requerimientos específicos para asegurar comportamiento

dúctil; además esta metodología sirve para asegurar que dentro del miembro

gobierne el deseado modo dúctil de fluencia mientras que los modos no dúctiles se

excluyen.

2.6.2.3 Clasificación de secciones según su relación ancho-espesor

Secciones Compactas: Las relaciones ancho-espesor de sus elementos a

compresión no deben exceder el límite λp, Tabla 2.8

Secciones Sísmicamente Compactas: Las relaciones ancho-espesor de sus

elementos a compresión no deben exceder el límite λps, Tabla 2.9

34

TABLA 2.8 RELACIONES ANCHO-ESPESOR: ELEMENTOS SOMETIDOS EN COMPRESIÓN

FUENTE: Especificación ANSI/AISC 360-10 (Tabla B4.1a)

35

TABLA 2.9 RAZONES ANCHO-ESPESOR: ELEMENTOS EN COMPRESIÓN

FUENTE: Especificación ANSI/AISC 360-10 (Tabla B4.1b)

36

TABLA 2.10 MÁXIMAS RELACIONES ANCHO-ESPESOR PARA ELEMENTOS A COMPRESIÓN

FUENTE: Especificación ANSI/AISC 360-10

37

(2.18)

(2.19)

(2.20)

2.6.2.4 Arriostramientos para estabilidad en vigas

En los elementos estructurales que están sometidos a flexión los arriostramientos

serán necesarios para restringir el pandeo lateral torsional en las que deben cumplir

con:

· Ambas alas de las vigas deben estar arriostradas lateralmente o la sección

lateral de la viga debe estar arriostrada torsionalmente.

· La resistencia a la flexión disponible se determinara como:

Mr = Mu = Ry Fy Z (LRFD)

Mr = Ma = (2/3) Ry Fy Z (ASD)

Donde:

Ry: Factor de esfuerzo de fluencia Probable

Fy: Mínimo esfuerzo de fluencia para el tipo de acero usado

Z: Modulo Plástico de la Sección

· El Arriostramiento de la viga debe tener un espaciamiento máximo de:

Lb = 0.17 ry E/Fy

Donde:

ry: Radio de giro del eje y

E: Modulo de elasticidad del acero

2.6.2.5 Elementos estructurales (Columnas)

Las columnas deben tener una resistencia adecuada para evitar el pandeo local,

o la fractura por tensión. Como fuerza limite razonable en fuerza axial que puede

experimentar la columna se tiene:

Pu / ΦcPn > 0.4 (LRFD Φc=0.90)

Ωc Pa/ Pn > 0.4 (ASD Ωc=1.67)

Siendo:

Pa: Resistencia a carga axial admisible.

Pn: Resistencia Nominal a carga axial considerando K (factor de

Longitud efectiva) = 1.0

Pu: Resistencia a la carga axial ultima.

(2.16)

(2.17)

38

2.6.2.6 Pórticos especiales resistentes a momento (SMF)

Los pórticos especiales a momento (SMF) son capaces de resistir deformaciones

inelásticas significativas cuando éstos estén sujetos a las fuerzas resultantes

producidas por evento sísmico de diseño. Se debe esperar que la mayoría de las

deformaciones inelásticas ocurran en las articulaciones plásticas de las vigas con

limitada fluencia en las zonas de panel. También se espera que ocurran

deformaciones inelásticas en las bases de las columnas.

FIGURA 2.7 ZONAS EN LAS QUE SE DEBE ESPERAR OCURRA DEFORMACIONES INELÁSTICAS


En la norma NEC, expresa dos tipos de pórticos resistentes a momento:

· Tipo 1.- Todos los pórticos (interiores y exteriores) son diseñados como

SMF.

· Tipo 2.- Solamente los pórticos perimetrales son SMF.

Las estructuras que son de tipo 1, tienen un mejor desempeño sísmico que las

estructuras que son de tipo 2.

Los pórticos que son SMF deben cumplir el criterio de Columna Fuerte – Viga

Débil, pues el objetivo fundamental es contar con una estructura en la cual las

columnas son más fuertes que las vigas para de esta forma forzarlas al estado

límite de fluencia cuando la estructura esté sujeta a las fuerzas del sismo de

diseño; así, se logra una alta disipación de energía.

39

CAPÍTULO 3

PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE DISEÑO POR

DESEMPEÑO

3.1 INTRODUCCIÓN

El desempeño de un edificio durante la acción de un sismo, no está de manera explícita

en los códigos, normas; y los enfoques de diseño empleados no conducen a un control

eficiente de los daño ni al cumplimiento a cabalidad de la filosofía de diseño sismo-

resistente.

En la mayoría de las metodologías de evaluaciones y previsiones para el diseño sísmico;

solo consideran un nivel de movimiento del terreno para el cual, la estructura no debería

llegar a colapsar.

Es de vital importancia el reconocer que la seguridad ante el colapso debido a grandes

sismos no implica necesariamente que la estructura tenga un comportamiento aceptable

durante sismos de pequeña o moderada intensidad, por lo que se necesita definir varios

niveles de comportamiento como una estrategia para disponer de nuevas alternativas

aceptables de evaluación.

Investigaciones actuales sobre el riesgo sísmico se han enfocado a un estudio del

comportamiento sísmico de las edificaciones, existe un gran desarrollo que se ha

alcanzado en los métodos de análisis estructural, experiencias por parte de varios

profesionales que permiten llegar a conocer las características mecánicas de los edificios

construidos, así como también la influencia de programas de diseño; gracias a todos estos

avances, hoy en día se pueden emplear varios paquetes informáticos que facilitan el hacer

cálculos rápidos y crear varias herramientas que son útiles y versátiles.

40

3.2 GENERALIDADES

La finalidad del diseño por desempeño es el determinar el comportamiento de una

estructura frente a cualquier tipo de solicitación, en la que se plantea que la estructura

pueda brindar protección a sus ocupantes y en algunos casos permitir que la edificación

no sufra el colapso, esto sin cambiar el periodo de vida útil como sería el caso de las

estructuras esenciales luego del sismo, para lograr conseguir ésto hay que plantear que

la estructura tenga un comportamiento lineal para cuando trabaje en el rango elástico, es

decir, aun no se lleguen producir las deformaciones permanentes o las conocidas rotulas

plásticas y comportamiento no lineal cuando ésta entre en el rango inelástico, es decir,

exista un daño, lo que se pretende controlar para evitar que ésta trabaje como un

mecanismo, lo que ocasionará que la estructura colapse inevitablemente.

Las normas de la construcción de las edificaciones, están regidas por la utilización de

códigos actuales para el diseño de las estructuras, pero estas acumulan una gran cantidad

de daño, no por las fallas estructurales sino por lo costoso de las reparaciones, además

algunas de las estructuras que están destinadas para ser utilizadas en caso de

emergencia para albergar a la población, han tenido que ser desocupadas para

rehabilitarse las instalaciones.

Todo esto ha llevado a la investigación de nuevas tendencias en lo referente al diseño que

preserven el concepto principal de salvaguardar vidas pero además logren conseguir un

comportamiento dinámico predecible para cualquier tipo de solicitación , ya sea un sismo

de menor intensidad o el sismo que tenga mayor intensidad que sucederá una vez en 475

años, esta nueva teoría, establece que las estructuras deben diseñarse para varios

estados de servicio, es decir, para diferentes intensidades de movimientos sísmicos.

En el código FEMA se presenta varios lineamientos de diseño por desempeño que son

aplicables a las estructuras de hormigón armado, acero estructural, estructuras de

madera, sistemas de mampostería portante y sistemas mixtos; que se encuentran en la

región de los Estados Unidos; cabe indicar que es posibles la aplicación de este código

como una guía o referencia; por lo tanto para el presente trabajo, es necesario conocer

los diferentes puntos en los cuales FEMA cubre el diseño por desempeño y los puntos en

41

los cuales la NEC-15 norma el diseño y da las provisiones para evaluar la fuerza horizontal

para las estructuras.

3.2.1 ANÁLISIS ESTÁTICO NO LINEAL (PUSHOVER)

El análisis estático no lineal es una técnica simple y eficiente que se utiliza para generar

la curva de capacidad por medio de una análisis Pushover, en el cual se representa la

resistencia lateral de una determinada estructura en función de su desplazamiento; y la

verificación del rendimiento o nivel de desempeño que se logra haciendo la comparación

de la curva de desempeño junto con la demanda.

El análisis Pushover es un procedimiento, mediante el cual las cargas laterales calculadas

a través de un análisis estático lineal, son aplicadas de forma monotónica a la estructura

hasta que esta alcance su capacidad máxima, la aplicación de las cargas da como

resultado las deformaciones que son comparadas con las deformaciones esperadas

producidas por fuerzas inerciales en ocurrencia de un sismo, las deformaciones de piso

superior, serán las deformaciones utilizadas que al ser comparadas con el cortante basal,

genera una curva que presenta la respuesta estructural o la llamada curva de capacidad

tal como se indica en la Figura 3.1.

FIGURA 3.1 CURVA DE CAPACIDAD

FUENTE: ATC-40 (Applied Technology Council)

Para obtener la curva de capacidad Figura 2.1 se realiza el análisis Pushover y este es

un proceso matemático, en el que por medio de la aplicación de análisis estáticos

42

sucesivos y considerando la disminución de la resistencia y rigidez de la estructura cada

vez que inicia un nuevo ciclo de análisis estático, se obtiene dicha curva.

3.2.2 NIVELES DE DESEMPEÑO SÍSMICO (PROPUESTA DE ATC-40)

Los niveles de desempeño definidos por el ATC-40 para las estructuras,

corresponden a una combinación de los niveles utilizados para los elementos

estructurales y los niveles correspondientes a los elementos no estructurales,

ambos definidos de forma independiente.

3.2.2.1 Niveles para elementos estructurales

Se definen tres niveles o estados de daño discretos: ocupación inmediata,

seguridad y estabilidad estructural. Estos tres niveles pueden ser utilizados

directamente para definir criterios técnicos en los procesos de evaluación y

rehabilitación de estructuras. Adicionalmente, se establecen dos rangos

intermedios: daño controlado y seguridad limitada. Estos rangos intermedios

permiten discriminar, de una forma más adecuada y útil, el nivel de desempeño de

la estructura. Esto es de gran utilidad en el caso de ser necesaria una evaluación

o un reforzamiento de una estructura en particular.

Estos niveles se identifican por la abreviación, SP-n (SP son las siglas de

"Structural Performance" y n es un número que varía entre 1 y 6).

A continuación se describen estos 6 niveles de desempeño.

· Ocupación inmediata, SP-1: Los daños son muy limitados y de tal magnitud,

que el sistema resistente de cargas laterales y verticales permanece

prácticamente en las mismas condiciones de capacidad y resistencia que

antes de ocurrido el sismo. No se presentan pérdidas de vidas humanas y

la estructura funciona con normalidad.

· Daño controlado, SP-2: Corresponde a un estado de daño que varía entre los

límites de ocupación inmediata y seguridad. La vida de los ocupantes no

están en peligro, aunque es posible que éstos puedan verse afectados.

43

· Seguridad, SP-3: Los daños después del sismo no agotan por completo los

márgenes de seguridad existentes frente a un posible colapso parcial o total

de la estructura. Pueden producirse algunos heridos tanto en el interior como

en el exterior, sin embargo el riesgo de la vida de los ocupantes debido a un

fallo de los elementos estructurales es muy bajo. Es posible que sea

necesario reparar la estructura antes de ser ocupada de nuevo, siempre y

cuando sea factible y rentable desde el punto de vista económico.

· Seguridad limitada, SP-4: Corresponde a un estado de daño entre los niveles

de seguridad y estabilidad estructural, en el que algunas partes de la

estructura pueden requerir un reforzamiento para poder garantizar el nivel

de seguridad.

· Estabilidad estructural, SP-5: Este nivel corresponde al estado de daño límite

después de ocurrido un sismo en el cual el sistema estructural está muy

cerca de experimentar un colapso parcial o total. Se producen daños

sustanciales, pérdida de rigidez y resistencia en los elementos estructurales.

A pesar de que el sistema de cargas verticales continua funcionando, hay

un alto riesgo de que se produzca el colapso por causa de posibles replicas.

Es muy probable que los daños en las estructuras más antiguas sean

técnica y económicamente irreparables.

· No considerado, SP-6: Este no es un nivel de desempeño, pero es útil en

algunas ocasiones que requieran evaluar los daños sísmicos no

estructurales o realizar un reforzamiento.

3.2.2.2 Niveles para elementos no estructurales

Se consideran 4 niveles de desempeño correspondientes a estados discretos de

daño para los elementos no estructurales: operacional, ocupación inmediata,

seguridad y amenaza reducida. Estos niveles se representan con la abreviación

NP-n. NP son las siglas de "Nonstructural Performance" y n es una letra que toma

valores entre A y E.

44

· Operacional NP-A: Los elementos no estructurales, maquinarias y sistemas el

edificio continúan en su sitio y funcionando con normalidad después del sismo.

· Ocupación inmediata NP-B: A pesar de que los elementos no estructurales y

sistemas permanecen en su sitio, pueden presentarse algunas interrupciones en el

funcionamiento de las maquinarias y equipos. Algunos servicios externos pueden

no estar disponibles, aunque esto no compromete la ocupación del edificio.

· Seguridad NP-C: Pueden presentarse daños severos en algunos elementos no

estructurales tanto dentro como fuera del edificio, sin que se llegue al colapso, ni

se ponga en peligro la seguridad de los ocupantes. Los sistemas, equipos y

maquinaria pueden verse seriamente afectados, requiriendo, en algunos casos, ser

reparados o, en el peor de los casos, reemplazados.

· Amenaza reducida NP-D: Se presentan daños severos en elementos no

estructurales, contenidos y sistemas, pero sin llegar al colapso o al fallo de

grandes elementos, como por ejemplo parapetos y muros exteriores de

mampostería, entre otros, que puedan ocasionar heridas a grupos de personas.

· No considerado NP-E: No es un nivel de desempeño y se usa para indicar que

no se han evaluado los elementos no estructurales, a menos que tengan un efecto

directo sobre la respuesta estructural, como por ejemplo los muros de

mampostería de relleno o las particiones.

3.2.2.3 Niveles para las estructuras

En la Tabla 3.1 se muestran las combinaciones (propuestas en el ATC-40) de los

niveles de desempeño de los elementos estructurales y los elementos no

estructurales. Estas combinaciones representan el comportamiento global del

edificio. Una descripción detallada de cada una de estas combinaciones puede

consultarse en la referencia mencionada. No obstante, entre ellas es posible

45

distinguir cuatro niveles de desempeño fundamentales para una estructura, los

cuales han sido resaltados en la Tabla 3.1 y se describen a continuación:

TABLA 3. 1 NIVELES DE DESEMPEÑO DE LAS ESTRUCTURAS (ATC-40)

Niveles de Niveles de desempeño estructural desempeño

SP1 SP2 SP3 SP4 SP5 SP6 no estructural

NP-A 1-A

2-A NR NR NR NR Operacional

NP-B 1-B

2-B 3-B NR NR NR Operacional Inmediata

NP-C 1-C

2-C 3-C

4-C 5-C 6-C Seguridad

NP-D NR 2-D 3D 4-D 5-D 6-D

NP-E NR NR 3-E 4-E 5-E No

Estabilidad Aplicable estructural

NR: combinación No Recomendada FUENTE: ATC-40 (Applied Technology Council)

· Operacional 1-A: Los daños estructurales son limitados y los daños en los

sistemas y elementos no estructurales no impiden que la estructura continúe

funcionando con normalidad después del sismo. Adicionalmente, las

reparaciones que son necesarias no impiden la ocupación del edificio, por lo cual

este nivel se asocia con un estado de funcionalidad.

· Ocupación inmediata 1-B: Corresponde al nivel de desempeño más utilizado

para estructuras esenciales, como es el caso por ejemplo de los hospitales. Se

espera que los diferentes espacios y sistemas de la estructura puedan seguir

siendo utilizados después del sismo, a pesar de que pueden ocurrir algunos

daños en los contenidos. Se mantiene la seguridad de los ocupantes.

· Seguridad 3-C: La probabilidad de pérdidas de vidas humanas es

prácticamente nula. Este nivel corresponde al desempeño esperado de la

estructura con la aplicación de los códigos corrientes. Se presentan daños limitados

46

en los elementos estructurales y algunos elementos no estructurales como

acabados y fachadas, entre otros, pueden fallar, sin que esto ponga en peligro la

seguridad de los ocupantes.

· Estabilidad estructural 5-E: El margen de seguridad del sistema resistente de

cargas laterales se encuentra prácticamente al límite y la probabilidad del colapso

ante la ocurrencia de posibles réplicas es bastante alta, no obstante, el sistema de

cargas verticales continúa garantizando la estabilidad del edificio. Los daños no

estructurales no requieren ser evaluados debido al elevado nivel de daños en los

elementos estructurales. No se garantiza la seguridad de los ocupantes ni

transeúntes, por lo que se sugiere desalojar y, en algunos casos, demoler la

estructura.

3.2.3 TIPOS DE ARRIOSTRAMIENTOS

En el presente trabajo se pretende evaluar la parte técnica y económica del

comportamiento de cada tipo de arriostramiento lateral, por lo que se detalla a

continuación tres tipos de arriostramientos:

3.2.3.1 Diagonales en cruz

Las diagonales que forman cruz están considerados dentro del grupo de arriostramientos

concéntricos especificados en la norma AISC 341-10, este tipo de arriostramientos en

cruz se desarrollaron principalmente como tensores útiles para la carga de viento, es por

esta razón que durante la década de los 60’s también se los llamaba “contravientos”,

después de los sismos importantes que existieron a finales del siglo XX se realizaron

infinidad de estudios que demostraron que mediante un correcto diseño los

arriostramientos en forma de cruz , pueden ser una solución muy eficaz ante solicitaciones

de provocadas por sismo, debido a que las cargas laterales producidas generan

esfuerzos axiales que fácilmente se pueden resistir debido a su configuración.

Al utilizar en una configuración estructural, las diagonales en cruz, se rigidiza a la

estructura de tal forma que las derivas de piso pueden ser controladas de manera

adecuada.

Crisafulli,Alacero (2012) señala que: Los ensayos cíclicos mostraron que el sistema

47

puede disipar energía luego del pandeo global de las riostras, siempre y cuando se

controlen otros modos de falla frágil como el pandeo local y la fractura de las conexiones.

Para alcanzar este objetivo, es necesario considerar adecuadamente los siguientes

aspectos:

· Configuración de las riostras.

· Diseño de todos los miembros del pórtico (riostras, vigas y columnas).

· Detalles para conexiones y empalmes.

FOTOGRAFÍA 3.1 HOTEL ARTS, TORRES GEMELAS DE BARCELONA

FUENTE: Internet

NORMA AISC 341-10

En el Capítulo F BRACED-FRAME AND SHEAR-WALL SYSTEMS de la norma habla

sobre las bases de diseño, requerimientos del análisis y de los sistema arriostrados y

muros de acero.

Este capítulo se subdivide en cinco partes las cuales se especifican a continuación:

F1. Ordinary Concentrically Braced Frames (OCBF)

F2. Special Concentrically Braced Frames (SCBF)

F3. Eccentrically Braced Frames (EBF)

48

F4. Buckling-Restrained Braced Frames (BRBF)

F5. Special Plate Shear Walls (SPSW)

Para este proyecto se tomará en cuenta el cumplimiento de los requerimientos

expresados en la sección F2 (SCBF). Esta sección principalmente trata sobre el diseño

de elementos arriostrados en forma V o V invertida, para los elementos de arriostre en

forma de cruz se deberían cumplir las mismas exigencias ya que se consideran en el

mismo grupo de elementos arriostrados concéntricamente.

PÓRTICO ESPECIAL SISMO RESISTENTE CON DIAGONALES

RIGIDIZADORAS

Sistema resistente de una estructura compuesta tanto por pórticos especiales sismo

resistentes como por diagonales estructurales, concéntricas o no adecuadamente

dispuestas espacialmente, diseñados todos ellos para resistir fuerzas sísmicas. Se

entiende como una adecuada disposición el ubicar las diagonales lo más simétricamente

posible, hacia la periferia y en todo lo alto de la estructura. Para que la estructura se

considere pórtico con diagonales se requiere que el sistema de diagonales absorba al

menos el 75% del cortante basal en cada dirección.

BASES DE DISEÑO

· Los elementos de las riostras no deben aportar capacidad de resistencia ante

cargas verticales. Es decir que los elementos vigas y columnas deben ser capaces

de resistir verticalmente después de un evento sísmico.

· En las conexiones concéntricas de los elementos se permiten pequeñas

excentricidades las cuales no deben superar el peralte de las vigas. En casos en

las que la excentricidad sea mayor se debe tomar en cuenta para el diseño los

momentos producidos por cargas mayoradas de sismo y que su efecto no altere

la capacidad de deformación inelástica.

REQUERIMIENTOS GENERALES

1. Cumplir con la tabla D1.1 de ANSI-AISC-341-10 para miembros de ductilidad

49

(3.1)

moderada. Anexos.

2. La esbeltez debe cumplir con el límite:

Donde:

Fy: Mínimo esfuerzo de fluencia especificado para el tipo de acero usado.

E: Módulo de elasticidad del acero, E=200000 MPa (29000 ksi).

ANÁLISIS ESTRUCTURAS CON ARRIOSTRAMIENTOS CONCENTRICOS

El análisis de estructuras consideradas como SCBF se basará de las resultantes

de esfuerzos producidos por las diferentes combinaciones de carga aplicables

(ASEC/SEI 7-10), en las que se deben incluir las cargas amplificadas de sismo.

Además la sobre-resistencia Emh, para el análisis de los elementos vigas y

columnas y arriostramientos se debe considerar los siguientes casos:

· Analizar que los arriostramientos absorban sus máximas fuerzas tanto en

compresión como en tracción.

· Analizar que los arriostramientos absorban toda la fuerza esperada en

tracción y soportan una compresión no mayor a la esperada después del

pandeo.

Máxima fuerza esperada a tracción es igual a Ag Ry Fy; mientras que la máxima

fuerza esperada a compresión es la menor entre Ry Fy Ag y 1.14 Fcr Ag; donde

Fcr se calcula en base a las normas AISC 360-10 y en las que la longitud de pandeo

no superará la longitud del arrostramiento, para el segundo análisis en la que la

resistencia no debe superar la capacidad máxima después del pandeo se puede

aceptar el 30% de la esperada en compresión.

ZONAS PROTEGIDAS EN ARRIOSTRAMIENTOS EN CRUZ

Las zonas protegidas son fracciones de los elementos estructurales en las cuales

se aplican ciertas limitaciones de fabricación, con lo cual se plantea crear

50

continuidad en los elementos.

Estos segmentos tienen la finalidad de soportar las deformaciones cíclicas

inelásticas producidas por el sismo de diseño así lo explica Crisafulli, Alacero

(2012), en cada una de estas zonas protegidas se deben tener en cuenta

recomendaciones: Como evitar en su totalidad discontinuidades producidas por

conectores de corte, fallas en la suelda o cambios bruscos de sección. El

ANSI/AISC 341-10 nos indica que se deben cumplir al menos estos tres

requerimientos:

· Durante la fabricación y montaje de la estructura en las zonas protegidas se

prestará especial cuidado para reparar discontinuidades producidas por la

soldadura o perforaciones.

· No se deben colocar pernos, soldaduras o fijaciones para sostener

elementos no estructurales como carpinterías o tuberías u otras

instalaciones.

· En elementos viga, en estas zonas se debe evitar totalmente la colocación

de conectores de corte ya sean estos soldados o empernados.

FIGURA 3.2 ZONAS PROTEGIDAS EN ARRIOSTRAMIENTOS EN CRUZ

FUENTE: Diseño Sismo resistente de construcciones de acero, Alacero

51

3.2.3.2 Diagonales en forma de punta o “V” invertida

Las diagonales en punta son arriostramientos categorizados como Pórticos

Especiales Arriostrados Concéntricamente también conocidos como SCBF en el

AISC. Este tipo de riostras se implementaron a partir del siglo XX, como una

alternativa, ante la acción de cargas laterales de viento y sismo.

Se utiliza este tipo de pórticos como una alternativa estructural para brindar

resistencia y rigidez lateral en edificios de baja y mediana altura. Las fuerzas

laterales inducen esfuerzos axiales en este tipo de elementos.

Se han realizado varios estudios, con los cuales se ha demostrado que este tipo de

arriostramientos pueden disipar energía luego del pandeo global, con la condición

de que se controlen la falla frágil del pandeo local y la fractura de las conexiones.

FOTOGRAFÍA 3.2 EDIFICIO CON ARRIOSTRAMIENTOS EN FORMA DE “V” INVERTIDA

FUENTE: Internet

REQUERIMIENTOS GENERALES-BASES DE DISEÑO-ANALISIS Y ZONAS

PROTEGIDAS EN ARRIOSTRAMIENTOS EN FORMA DE “V” INVERTIDA

Para este tipo de arriostramientos se deberá cumplir con los mismos requerimientos

detallados anteriormente en lo expuesto para diagonales en cruz.

52

FIGURA 3.3 ZONAS PROTEGIDAS EN ARRIOSTRAMIENTOS EN FORMA DE “V” INVERTIDA

FUENTE: Diseno Sismo resistente de construcciones de acero, Alacero

3.2.3.3 Muros de corte de Hormigón Armado

Los muros de corte son elementos estructurales de hormigón armado, que se

desarrollan longitudinalmente en la altura total de la estructura y que siguiendo la

analogía de una viga en voladizo, tienen la capacidad de soportan un gran

porcentaje de las cargas laterales originadas por movimientos sísmicos, así como

también la carga de su peso propio y de la edificación en sí. Esto se debe a que

la distribución de carga lateral se la realiza proporcionalmente a la rigidez de los

elementos que la soportaran, por lo cual un pórtico que esté constituido en su

configuración estructural con un muro de corte, será más rígido que un pórtico que

no esté constituido de muro.

Se conoce que una correcta ubicación en planta de un muro de corte modificará

totalmente el comportamiento sísmico de la misma, por lo que una mala ubicación

desplaza el centro de rigidez del centro de masa, de esta manera se genera una

excentricidad del punto teórico donde se aplicará la carga lateral y produciendo

movimientos rotacionales en los primeros modos de vibración, es decir, torsión en

planta. El criterio fundamental de colocación de estos muros, es tener una

configuración simétrica en planta y elevación para que sea mínima la

excentricidad del centro de rigidez con respecto al centro de masa, criterio que

53

muchas veces es ignorado desde el proyecto arquitectónico.

Existen ventajas principales de tener una configuración estructural con muros de

corte y estas son:

· En los pórticos con muros la rigidez lateral aumenta, por lo tanto las rigidez

de la estructura también aumenta.

· Las derivas de piso disminuyen y los daños en elementos estructurales y no

estructurales se reducen.

· Captura casi la totalidad de la carga sísmica, debido a que se aumenta la

capacidad de disipación de energía de la estructura.

· Cambia la distribución del cortante en los elementos estructurales tales como

columnas.

· Durante eventos sísmicos se crea zonas de seguridad en la edificación.

CLASIFICACIÓN DE MUROS DE CORTE

Existen varios criterios para la clasificación de los muros de corte, como son:

· Relación de aspecto: toma en cuenta la relación altura/longitud transversal

(h/L) y los clasifica como Muros Altos (h/L > 5), intermedios (2 < h/L < 5) y

bajos (h/L < 2). Figura 3.4

· Forma en planta: Su forma varía según los requerimientos de diseño, pueden

ser uniformes, con cabezales, o combinados (Tipo “L” o “T”). Figura 3.5.

· Configuración estructural: Muro individual y Muros acoplados. Figura 3.6.

54

FIGURA 3.4 RELACIÓN DE ASPECTO MUROS ESTRUCTURALES

FUENTE: Pazmiño Henry

FIGURA 3.5 FORMA EN PLANTA DE MUROS ESTRUCTURALES


55

FIGURA 3.6 CONFIGURACIÓN MUROS ESTRUCTURALES


FORMA DE FALLA EN MUROS DE CORTE DE HORMIGÓN ARMADO

Los muros estructurales trabajan como vigas en voladizo bajo acción de la carga

lateral, por lo cual el diseño del acero de refuerzo debe satisfacer las solicitaciones

de corte y flexión, además de la carga axial debido al peso propio y las cargas

tributarias.

FIGURA 3.7 FORMA DE FALLA MUROS ESTRUCTURALES


56

DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES

Para el diseño de muros estructurales se utilizará el diagrama de interacción

tomando como base la sección que tenga el muro en el eje que corresponda, para

de esta forma comprobar que los momentos últimos debidos a las combinaciones

de carga se encuentren localizados dentro de la curva ФPn- ФMn.

CUANTÍA DE REFUERZO EN MUROS ESTRUCTURALES

La cuantía mínima de acero colocada en muros estructurales será de 0.0025, en el

eje longitudinal como en el transversal, a un espaciamiento no mayor a 250 mm El

refuerzo requerido por fuerzas cortantes se debe distribuir uniformemente.

57

CAPÍTULO 4

EDIFICIOS Y MODELOS CONSIDERADOS

4.1 TIPOLOGÍA DE EDIFICIOS

Cuando se trata de estructuras de acero, existe una gran variedad de tipologías

estructurales que se utilizan en zonas sísmicas con alto peligro sísmico. Estos tipos

de pórticos son:

· Pórticos Especiales a Momento (PEM).

· Pórticos Especiales Arriostrados Concéntricamente (PEAC).

· Pórticos Arriostrados excéntricamente (PAE).

Figura 4.1 Tipologías de estructuras de acero del tipo pórtico

FUENTE: Montaña Miguel

4.2 COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL

Varios años atrás el término ductilidad solamente se usaba para dar características

al comportamiento de los materiales, posteriormente este concepto ha sido

extendido a las estructuras y además se ha comenzado a vincularse a la resistencia

y a la rigidez de la estructura como un todo.

58

La ductilidad es la capacidad que tiene una determinada estructura de experimentar

grandes deformaciones inelásticas y aun en el rango plástico sin que se haga

evidente una reducción significativa de su resistencia. En el diseño sismo resistente

de estructuras de acero, se acepta tal ductilidad como una medida de capacidad de

disipación de energía sísmica a través de la evidencia de este tipo de

deformaciones. También a la ductilidad es la capacidad de una estructura de sufrir

deformaciones después de iniciado la fluencia, sin que haya pérdida significativa

de resistencia. Se define varios tipos de ductilidad:

· Ductilidad del material, corresponde a deformaciones plásticas de

materiales.

· Ductilidad de sección transversal o ductilidad por curvatura, se refiere a

deformaciones plástica de la sección transversal considerando interacción

entre partes que componen la sección.

· Ductilidad del miembro o curvatura por rotación, cuando se consideran las

propiedades del miembro estructural.

· Ductilidad de la estructura o ductilidad por desplazamiento, que considera el

comportamiento de toda la estructura.

· Ductilidad de energía, cuando se considera al nivel de energía sísmica

disipada.

Es muy frecuente estimar las demandas a partir de realizar un análisis lineal,

dividiendo las fuerzas por un factor conocido como el factor de modificación de

respuesta o coeficiente de disipación de energía (R).

4.3 DESCRIPCIÓN DE PROYECTOS A SER ANALIZADOS

En esta sección se presentará varios edificios, los cuales estarán constituidos por

elementos estructurales tales como: columnas, vigas principales, vigas

secundarias, viguetas, en las que se utilizará un acero laminado en caliente A-36,

adicionalmente se colocará una placa colaborante. En cada uno de estos edificios

se utilizaran los diferentes tipos de arriostramientos laterales tales como:

diagonales en forma de cruz, diagonales en forma de punta y muro de corte de

59

hormigón armado. Cabe mencionar que los edificios que se presentan en este

trabajo están implantados o construidos en la ciudad de Quito.

A continuación se presentan los proyectos que analizaran:

· Edificio Pietra.

· Edificio Cuatro.

· Edificio Torre 6.

Para el presente trabajo se tomará en cuenta el proyecto arquitectónico de cada

uno de los edificios; en base a esta información, se procederá con el análisis

estructural para de esta manera obtener las diferentes secciones de vigas,

columnas y demás elementos estructurales que cumplan con los requisitos mínimos

de diseño utilizando la normativos de diseño y construcción que se encuentra

vigente en la actualidad en el país, cuya norma es la NEC-15.

A continuación se presentan las características arquitectónicas de los edificios que

se van a analizar.

TABLA 4.1 CARACTERÍSTICAS ARQUITECTÓNICAS EDIFICIOS

EDIFICIO PIETRA CUATRO TORRE 6 Número subsuelos [u] 2 3 3 Número niveles [u] 9 11 15 Altura entrepiso [m] 3,00 3,00 3,00 Altura total [m] 27,50 30,00 44,40 Altura cortante basal [m] 24,50 30,00 37,25 Área planta tipo [m²] 193,80 329,64 410,00 Área total [m²] 2961,32 5144,79 8688,96

ELABORADO POR: Guerrero Patricio 4.3.1 OBSERVACIONES PREVIAS DE EDIFICIOS A SER ANALIZADOS

Edificio Pietra: Forma rectangular, ubicación de diafragmas en la parte central con

cierta excentricidad entre los muros, posibles problemas de torsión en planta.

Edificio Cuatro: Forma rectangular, ubicación de diafragmas no es la adecuada,

60

se colocó muros adicionales en las esquinas del edificio para mejorar el

comportamiento de la estructura y para disminuir los efectos de torsión en planta.

Edificio Torre 6: Forma rectangular, ubicación de diafragmas no es adecuada,

posibles problemas de torsión en planta; la ubicación de los muros se debe a

restricciones arquitectónicas.

FIGURA 4.2 ESQUEMAS ESTRUCTURALES EDIFICIO PIETRA

ELABORADO POR: Guerrero Patricio FIGURA 4.3 ESQUEMAS ESTRUCTURALES EDIFICIO CUATRO


61

FIGURA 4.4 ESQUEMAS ESTRUCTURALES EDIFICIO TORRE 6


62

(5.1)

(5.2)

(5.3)

(5.4)

(5.5)

(5.6)

CAPÍTULO 5

DISEÑO BAJO DESEMPEÑO UTILIZANDO ETABS-13

5.1 ANÁLISIS SÍSMICO DE ACUERDO A NEC-15

En este capítulo se describen los parámetros para evaluar la fuerza horizontal de

los edificios que anteriormente han sido presentados.

La NEC-15 establece como ecuación fundamental para el cálculo del corte basal

a la siguiente ecuación:

En donde:

Factor de Importancia I = 1.0

Factor de Reducción de Respuesta Estructural: R= 8.0

Factor de configuración en Planta =0.9

Factor de configuración en Elevación =1.0

Tipo de Suelo Tipo C

Coeficientes de Amplificación dinámica Fa=1.20

Fd=1.11

Fs=1.11

Para la evaluación de la aceleración espectral Sa se presentan dos ecuaciones

que como rango límite tienen al periodo fundamental de la estructura T:

= 1.19 Para 0 ≤ T ≤ Tc

= 0.85 Para T > Tc

= 1.10 seg

= 0.565 seg

= 0.102 seg

63

(5.7)

(5.8)

Siendo:

· hn = Altura máxima de la edificación = 24.00 (m) medidos desde el nivel

+0.00 hasta la última losa de entrepiso de la estructura

· Ct = 0.073 y α=0.75 por ser una “estructura de acero con

arriostramientos”

· Ƞ=2.48, Para provincias de la Sierra, Esmeraldas y Galápagos.

· Z= 0.4, Característica amenaza sísmica alta.

· r=1, para tipo de suelo A, B, C o D.

Siguiendo todos estos requerimientos se obtiene:

En las siguientes tablas se presenta el cálculo de la fuerza sísmica que se aplicará

a cada piso de las estructuras que han sido presentadas anteriormente.

TABLA 5.1 EVALUACIÓN DE CORTANTE BASAL NEC-15 EDIFICIO PIETRA

EVALUACIÓN DE CORTANTE BASAL NEC-15

Coeficiente de importancia I= 1,00 Zonificación sísmica Z.sism: V Factor de zona Z= 0,40 Relación de amplificación espectral h= 2,48 Factor ubicación geográf. proyecto r= 1 Altura máxima edificación de n pisos [m] hn= 24,00 Coeficiente que depende tipo estructura: Ct= 0,073

a= 0,75 Período de vibración [s] T= 0,792

Tipo de perfil del subsuelo Tipo

suelo: C Coeficientes de amplificación dinámica de perfiles de suelo:

Amplificación suelo en zona de periodo corto Fa= 1,20 Amplificación ordenadas espectro elástico respuesta desplaz. roca Fd= 1,11 Comportamiento no lineal de los suelos Fs= 1,11 Límites periodo de vibración:

Espectro sísmico elástico aceleraciones representa sismo diseño [s] TC= 0,565 Espectro de respuesta en desplazamientos [s] TL= 2,664 Espectro sísmico elástico aceleraciones representa sismo diseño [s] TO= 0,103 Factor irregularidad en planta fP= 0,9 Factor irregularidad en elevación fE= 1 Factor de reducción de resistencia sísmica R= 8 Aceleración espectral Sa= 0,849 Deriva elástica máxima De= 0,0033 Cortante basal total de diseño V= 11,80% W Nota: Para perfiles de suelo tipo D y E, los valores de TL se limitarán a un valor máximo de 4 [s].


64

TABLA 5.2 DISTRIBUCIÓN DE FUERZA SÍSMICA EDIFICIO PIETRA

DISTRIBUCION DE FUERZA SISMICA

W= 843,77 T Carga reactiva

V= 99,52 T Cortante basal total de diseño

NIVEL h hi Ai WLD Wi Wi x hi Fi Si m m m² T/m² T T-m T T

N+ 24,00 3,00 24,00 194,16 0,419 81,43 1954,24 18,38 18,38

N+ 21,00 3,00 21,00 193,80 0,519 100,66 2113,77 19,88 38,26

N+ 18,00 3,00 18,00 193,80 0,519 100,66 1811,81 17,04 55,30

N+ 15,00 3,00 15,00 193,80 0,519 100,66 1509,84 14,20 69,50

N+ 12,00 3,00 12,00 193,80 0,519 100,66 1207,87 11,36 80,86

N+ 9,00 3,00 9,00 193,80 0,519 100,66 905,90 8,52 89,38

N+ 6,00 3,00 6,00 193,80 0,519 100,66 603,94 5,68 95,06

N+ 3,00 3,00 3,00 305,00 0,519 158,41 475,23 4,47 99,52

N+ 0,00 TOTAL 1661,96 843,77 10582,60 99,52


TABLA 5.3 EVALUACIÓN DE CORTANTE BASAL NEC-15 EDIFICIO CUATRO







Espectro sísmico elástico aceleraciones representa sismo diseño [s] TC= 0,565 Espectro de respuesta en desplazamientos [s] TL= 2,664 Espectro sísmico elástico aceleraciones representa sismo diseño [s] TO= 0,103 Factor irregularidad en planta fP= 1 Factor irregularidad en elevación fE= 1 Factor de reducción de resistencia sísmica R= 8 Aceleración espectral Sa= 0,718 Deriva elástica máxima De= 0,0033 Cortante basal total de diseño V= 8,98% W

Nota: Para perfiles de suelo tipo D y E, los valores de TL se limitarán a un valor máximo de 4 [s].


65

TABLA 5.4 DISTRIBUCIÓN DE FUERZA SÍSMICA EDIFICIO CUATRO





N+ 30,00 3,00 30,00 329,64 0,419 138,24 4147,33 22,94 22,94

N+ 27,00 3,00 27,00 329,64 0,519 171,21 4622,63 25,57 48,51

N+ 24,00 3,00 24,00 329,64 0,519 171,21 4109,00 22,73 71,24

N+ 21,00 3,00 21,00 329,64 0,519 171,21 3595,38 19,89 91,12

N+ 18,00 3,00 18,00 329,64 0,519 171,21 3081,75 17,05 108,17

N+ 15,00 3,00 15,00 329,64 0,519 171,21 2568,13 14,20 122,37

N+ 12,00 3,00 12,00 329,64 0,519 171,21 2054,50 11,36 133,74

N+ 9,00 3,00 9,00 329,64 0,519 171,21 1540,88 8,52 142,26

N+ 6,00 3,00 6,00 329,64 0,519 171,21 1027,25 5,68 147,94

N+ 3,00 3,00 3,00 329,64 0,519 171,21 513,63 2,84 150,78

N+ 0,00 0,00 0,00 TOTAL 3296,40 1.679,12 27260,47 150,78


TABLA 5.5 EVALUACIÓN DE CORTANTE BASAL NEC-15 EDIFICIO TORRE 6







Espectro sísmico elástico aceleraciones representa sismo diseño [s] TC= 0,565 Espectro de respuesta en desplazamientos [s] TL= 2,664 Espectro sísmico elástico aceleraciones representa sismo diseño [s] TO= 0,103 Factor irregularidad en planta fP= 0,9 Factor irregularidad en elevación fE= 1 Factor de reducción de resistencia sísmica R= 8 Aceleración espectral Sa= 0,627 Deriva elástica máxima De= 0,0033 Cortante basal total de diseño V= 8,70% W Nota: Para perfiles de suelo tipo D y E, los valores de TL se limitarán a un valor máximo de 4 [s].


66

TABLA 5.6 DISTRIBUCIÓN DE FUERZA SÍSMICA EDIFICIO TORRE 6





N+ 37,25 3,00 36,00 452,30 0,419 189,69 6828,68 34,63 34,63

N+ 34,25 3,00 33,00 460,75 0,519 239,30 7897,04 40,05 74,68

N+ 31,25 3,00 30,00 460,75 0,519 239,30 7179,13 36,41 111,09

N+ 28,25 3,00 27,00 460,75 0,519 239,30 6461,22 32,77 143,85

N+ 25,25 3,00 24,00 460,75 0,519 239,30 5743,30 29,13 172,98

N+ 22,25 3,00 21,00 460,75 0,519 239,30 5025,39 25,49 198,47

N+ 19,25 3,00 18,00 460,75 0,519 239,30 4307,48 21,84 220,31

N+ 16,25 3,00 15,00 460,75 0,519 239,30 3589,57 18,20 238,51

N+ 13,25 3,00 12,00 460,75 0,519 239,30 2871,65 14,56 253,08

N+ 10,25 3,00 9,00 460,75 0,519 239,30 2153,74 10,92 264,00

N+ 7,25 3,00 6,00 481,98 0,519 250,33 1501,98 7,62 271,62

N+ 4,25 3,00 3,00 462,08 0,519 240,00 719,99 3,65 275,27

N+ 1,25 1,25 1,25 684,00 0,519 355,26 444,07 2,25 277,52 TOTAL 6227,11 3.189,01 54723,24 277,52


5.2 PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL

UTILIZANDO ETABS-13

Existen varios programas comerciales que sirven para el análisis y diseño

estructural, sabiendo siempre que previo al ingreso de materiales, secciones de

columnas, vigas principales, vigas secundarias, viguetas, etc, se debe analizar la

compacidad sísmica de cada elemento estructural; uno de estos programas es el

ETABS-13, que sirve para modelar grandes edificios y se realizará análisis lineal y

no lineal.

5.2.1 PROCEDIMIENTO DE ANALISIS ESTATICO LINEAL CON ETABS-13

A continuación se presenta el proceso que se debe tomar para realizar un análisis

estático lineal utilizando el software ETABS-13.

Primer paso-Unidades: Para el presente proyecto de tesis se adoptará las

unidades métricas SI, AISC360-10 para lo referente al diseño en acero y ACI318-

11 para el diseño en hormigón armado.

67

FIGURA 5.1 CUADRO INICIAL PARA MODELACIÓN EN ETABS-13

FUENTE: ETABS-13 ELABORADO POR: Guerrero Patricio Segundo paso-Grilla: Herramienta que sirve para dibujar de manera manual los

elementos (Frame), de acuerdo a las necesidades que se tenga de cada proyecto,

son líneas de referencia que se presentan tanto en el sentido “X”, “Y”, como también

en el sentido “Z” osea a los niveles de cada edificio. En ocasiones existen ejes que

son inclinados.

FIGURA 5.2 GRILLA O LÍNEAS DE REFERENCIA AUXILIARES EN ETABS-13

FUENTE: ETABS-13 ELABORADO POR: Guerrero Patricio

68

Tercer paso-Definir materiales: En la barra de herramienta: define> material

properties, se ingresa los diferentes tipos de materiales con los que se va a iniciar

la modelación de cada uno de los edificios.

Los materiales utilizados en los edificios son: Acero estructural A-36, hormigón

simple de 210 kg/cm², 240 kg/cm² y acero de refuerzo de fy=4200 kg/cm”, tal como

se indica en las Figuras.

FIGURA 5.3 DEFINICIÓN DE MATERIALES. ACERO ESTRUCTURAL A-36


69

FIGURA 5.4 DEFINICIÓN DE MATERIALES. HORMIGÓN SIMPLE f’c=210 kg/cm²

FUENTE: ETABS-13 ELABORADO POR: Guerrero Patricio FIGURA 5.5 DEFINICIÓN DE MATERIALES. ACERO DE REFUERZO fy=4200 kg/cm²


70

Definir secciones: En la barra de herramientas en la sección define> section

properties, se puede crear o personalizar las secciones de los elementos para la

conformación de todo el modelo estructural.

En el presente proyecto se ha escogido para vigas principales, secundarias,

viguetas; la sección tipo “Ï” de acero estructural A-36 y para las columnas se utilizará

una sección rectangular o cuadrada que debe ser rellena de hormigón.

Como se mencionó anteriormente, previo a la creación de secciones, se debe

verificar la compacidad sísmica de cada elemento.

Para la creación de las diagonales tanto en forma de cruz como en V invertida, se

crearan para que trabajen a carga axial, por lo que se debe tomar en cuenta las

especificaciones del ANSI/ASIC-341. Tal como se muestra:

FIGURA 5.6 DEFINICIÓN DE SECCIONES. VIGAS TIPO “I”


71

FIGURA 5.7 DEFINICIÓN DE SECCIONES. COLUMNAS RELLENAS DE HORMIGÓN


Adicionalmente se presenta la definición de material o panel colaborante que se ha

utilizado para la modelación de los edificios a ser analizados. El espesor del panel

utilizado es de 0.65 mm.

72

FIGURA 5.8 DEFINICIÓN DE PANEL COLABORANTE


En lo referente a los muros estructurales y muros perimetrales de subsuelos se

personalizará la sección en la opción “Define > Section Properties > Wall Sections”

ingresando el espesor del muro, elementos tipo Shell-thin, y de material hormigón

simple f’c=210 kg/cm2.

En la NEC-15 establece que en edificaciones con muros de corte, se diseñarán con

una inercia agrietada igual a 0.6 veces la inercia total de la sección. Esto se aplicará

en los dos primeros pisos de los edificios, para el resto de pisos se usará la inercia

total.

73

FIGURA 5.9 DEFINICIÓN DE MUROS ESTRUCTURALES


Definir patrón de cargas: En define> load patterns, se procede a ingresar el patrón

de cargas o las cargas que van a actuar en el modelo estructural. Para nuestro caso

sería:

DEAD: Carga Muerta

LIVE: Carga Viva

SX: Sismo actuante en la dirección x (opción User Loads)

SY: Sismo actuante en la dirección y (opción User Loads)

Luego de definido los patrones de cargas o cargas actuantes, se procede a definir

las distintas combinaciones de carga como se detalla a la NEC-15. Para realizar

esta operación se procede: define>load combinations y se realiza los diferentes

tipos de combinaciones.

FIGURA 5.10 COMBINACIONES DE CARGA


74

FIGURA 5.11 PATRÓN DE CARGAS A UTILIZAR EN ANÁLISIS ESTRUCTURAL


El diseño que se lo realizará en modelos estructurales se lo hará tomando en cuenta

las normas AISC360-10. Esto se consigue en ETABS, a través de: design>Steel

frame design>view/ revise preferences, en las que se define los parámetros para el

diseño en acero.

Figura 5.12 Especificaciones de diseño en acero


75

Definir de fuente de masas: En la NEC-15, se presenta la carga reactiva como

W=D, y para el caso de bodegas será W=D+0.25L; esto se consigue: define>mass

source.

FIGURA 5.13 DEFINICIÓN DE FUENTE DE MASAS


Cuarto paso-Dibujar modelo estructural: Aunque en el software ETABS, no

existen varias herramientas para proceder con el dibujo, se puede definir todos los

elementos estructurales de los edificios, pero cuando se trata de geometrías mucho

más complejas, existe la ventaja de importar la geometría completa del modelo

estructural para facilitar la modelación.

Se presentan las opciones limitadas de dibujo para la modelación de la estructura.

76

FIGURA 5.14 OPCIONES PARA DIBUJAR EL MODELO ESTRUCTURAL EN ETABS-13


Quinto paso-Herramienta de asignación: Luego de haber realizado la

modelación completa de las estructuras, se debe asiganar las propiedades que van

a tener cada elemento estructural en la opción: Assing, en ésta se puede asignar:

secciones, cargas, restricciones, diafragmas, ejes locales, etc.

Asignación de etiquetas Pier: Se debe asignar etiquetas Pier, para que se integre

los esfuerzos y sean expresados como acciones.

Secciones Pier: Se asignará las secciones pier en Section designer, en la opción

de diseño de muros.

División interna de muros (mesh): Para el análisis de elementos finitos es

necesario dividir los muros en partes pequeñas.

77

Asignación de cargas: Luego de modelado las estructuras se procede a cargar la

estructura, primero aplicando carga muerta y luego la carga viva, la cargas en

nuestro caso debe ser de tipo uniforme aplicada a los elementos tipo losa

(membrana) para que sirva solo de transmisión de carga a los diferentes tipos de

elementos estructurales. Esto se consigue: con la opción assign>Shell

loads>uniform. A continuación se presenta el detalle de análisis de carga que se

realizó para los edificios a ser analizados.

TABLA 5.7 CARGA MUERTA Y VIVA APLICADA A LOS EDIFICIOS (LOSAS ENTREPISOS)

P.P. ESTRUCTURA = 45,00 kg/m²

P.P. PANEL e=0,65 mm = 6,38 kg/m²

P.P. LOSA e=10 cm = 168,00 kg/m²

P.P. MASILLADO e= 2 cm = 40,00 kg/m²

P.P. ACABADOS = 40,00 kg/m²

P.P. INSTALACIONES = 5,00 kg/m²

P.P. CIELO RASO = 15,00 kg/m²

P.P. MAMPOSTERIA = 200,00 kg/m²

Wcm = 519,38 kg/m²

Wcm asumido = 519,38 kg/m²

Wcv VIVIENDA = 200,00 kg/m²

W TOTAL = 719,38 kg/m²

Carga Reactiva: 100%WCM = 519,38 kg/m²


TABLA 5.8 CARGA MUERTA Y VIVA APLIACADA A LOS EDIFICIOS (LOSA CUBIERTAS)


P.P. PANEL e=0,65 mm = 6,38 kg/m²

P.P. LOSA e=10 cm = 168,00 kg/m²

P.P. MASILLADO e= 2 cm = 40,00 kg/m²

P.P. ACABADOS = 40,00 kg/m²


P.P. CIELO RASO = 15,00 kg/m²

P.P. MAMPOSTERIA = 100,00 kg/m²

Wcm = 419,38 kg/m²


Wcv VIVIENDA = 200,00 kg/m²




78

TABLA 5.9 CARGA MUERTA Y VIVA APLIACADA A LOS EDIFICIOS (PARQUEADEROS)


P.P. PANEL e=0,65 mm = 6,38 kg/m²

P.P. LOSA e=10 cm = 168,00 kg/m²

P.P. MASILLADO e= 2 cm = kg/m²

P.P. ACABADOS = kg/m²


P.P. CIELO RASO = kg/m²

P.P. MAMPOSTERIA = kg/m²

Wcm = 224,38 kg/m²


Wcv PARQUEADERO = 500,00 kg/m²




Sexto paso-Asignación de restricciones: Se procede a la asignación de las

restricciones en la base de cada modelos estructural, para nuestro caso se asignara

empotramientos en la base, tal como de muestra en la figura. Para realizar esta

opción se debe seleccionar los nudos de la base de la modelación y luego:

assign>joints>restraints y luego se debe elegir el tipo de restricción.

Figura 5.15 Asignación de restricciones a modelos estructurales


79

Séptimo paso-Asignación de diafragmas horizontales: El piso debe ser

considerado como un diafragma horizontal rígido, hay que realizar este

procedimiento antes de asignar las cargas sísmicas, para que de esta manera las

cargas horizontales estén actuando en el centro de gravedad del diafragma de piso,

para realizar esta opción se procede de la siguiente forma: se selecciona los

elementos tipo piso y luego define>diaphragms, se da una nombre al diafragma y

se realiza este pasa cuantas pisos tenga el edificio.

FIGURA 5.16 DEFINICIÓN Y ASIGNACIÓN DE DIAFRAGMAS HORIZONTALES


Octavo paso-Análisis y diseño estructural: Luego de realizados los pasos

anteriores se procede con el análisis y diseño de los elementos de la estructura. En

este paso se chequea los datos ingresados anteriormente para luego revisar los

reportes que brindan el programa, tales como tablas, diagramas, etc.

80

Aquí podemos verificar las disposiciones de la NEC-15 como son: derivas de piso

(que sean menores al 2%), periodos de vibración y la participación modal.

Luego de cumplido con el análisis se procede con el diseño de los elementos

estructurales, a continuación se presentan las herramientas que posee el ETABS.

FIGURA 5.17 OPCIONES DE DISEÑO EN ETABS-13


5.2.2 PROCEDIMIENTO DE ANALISIS ESTÁTICO NO LINEAL (PUSHOVER)

CON ETABS-13

Para realizar un análisis no lineal, la estructura debe haber sido analizada y

diseñada bajo un análisis lineal, o sea la estructura ha sido optimizada y chequeada

los parámetros de derivas máximas, periodos de vibración, etc; por lo tanto se

asume que la estructura debe estar cumpliendo con las normas NEC-15 y las

normas de diseño AISC.

Anteriormente se detalló los procedimientos básicos para realizar un análisis lineal

estático de un solo proyecto, de igual forma en esta sección se presenta los pasos

a seguir para realizar un análisis no lineal, tomando en cuenta que para el resto de

edificios se debe seguir los mismos pasos.

81

Primer paso-Definición de rotulas plásticas vigas: Se procede seleccionando

las vigas principales y se asigna “hinges” al 5 y 95 % de la longitud relativa de los

elementos estructurales, aplicando la Tabla 5-6 de FEMA 356



FIGURA 5.19 DEFINICIÓN DE RÓTULAS PLÁSTICA (HINGES) PARA VIGAS PRINCIPALES


82

Para asignar a las vigas secundarias los hinges se procede similar a las figuras

anteriores, tal como se muestra a continuación:

FIGURA 5.20 DEFINICIÓN DE RÓTULAS PLÁSTICAS (HINGES) PARA VIGAS SECUNDARIAS


Segundo paso-Definición de rótulas plásticas en columnas: Similar que en las

vigas se procede a seleccionar las columnas y se asigna los “hinges” a 5 y 95 % de

la longitud relativa de los elementos estructurales y se procede tal como se indica

en la figura.

FIGURA 5.21 DEFINICIÓN DE RÓTULAS PLÁSTICAS (HINGES) PARA COLUMNAS


83

Para cuando se tenga el modelo estructural con los arrostramientos

correspondientes a muros de corte de hormigón armado se procede de manera

similar, se seleccionan los muros de corte (que previamente deben haberse

reemplazado por la columna ancha) para asignar hinges o rótulas plásticas en la

base del muro (Planta baja y Primer Piso) en donde se prevé se formaran las

articulaciones, además se asignará un hinge en la parte media del elemento

frame y no al 5% o 95% como fue el caso de las columnas.

Estos elementos se modelaron como columnas anchas de hormigón armado, por

lo que en la asignación de hinges se tomara la opción Concrete Columns –

Flexure, con grados de libertad P-M2-M3.

FIGURA 5.22 DEFINICIÓN DE RÓTULAS PLÁSTICAS (HINGES) PARA MUROS DE CORTE DE HORMIGÓN ARMADO


Tercer paso-Definición de punto de control: Se debe tomar en cuenta un punto

de control o “joint” del último nivel que sea representativo. El desplazamiento

máximo esperado está en función de altura del punto de control. Para nuestro caso

se ha considerado la deformación máxima de 4.5% como deriva de piso, para

estructuras de acero.

84

FIGURA 5.23 DEFINICIÓN DE PUNTO DE CONTROL EDIFICIO PIETRA


TABLA 5.10 PUNTO DE CONTROL PARA EL EDIFICIO PIETRA

Punto control: Joint 437 Deriva máxima: 4,5% h Altura punto control [m]: 24,5 Desplazamiento máximo [cm]: 110,25


Cuarto paso-Definición estados de carga no lineal: Se debe crear un estado de

carga no lineal, de la siguiente forma: define>load cases> add new case, para

ingresar cargas gravitacionales del tipo no lineal; ésta será igual al 100% de la carga

85

muerta. Luego de realizado este paso, se debe definir el tipo de modelo para el

proceso de carga y descarga de la estructura, por lo que en ETABS existe tres

opciones (nonlinear parameters):

· Unload entire structure

· Apply local redistribution

· Restart using seccant stiffness

FIGURA 5.24 PARÁMETROS NO LINEALES EN ETABS-13 (ANÁLISIS PUSHOVER)


Cuando se trata de estructura de hormigón armado, el FEMA 273 menciona que

para cualquier tipo de método se debe considerar la inercia agrietada para cada

ciclo de carga y descarga de la estructura y además menciona que la distribución

de las cargas en cada elemento dependerá del patrón de cargas que se haya

asumido para el modelo estructural.

Quinto paso-Definición estados de carga Pushover: De manera similar como se

definió el estado de carga en el paso anterior, se debe ingresar los estados de carga

86

PUSH X y PUSH Y, tomando en cuenta que estos estados de carga no deben iniciar

de las condiciones iniciales, sino que debe ser después de la carga no lineal. Se

debe considerar que la carga aplicada es el 100% de carga de sismo en sentido X

y sismo en Y, para el PUSH X y PUSH Y respectivamente. Adicionalmente se debe

adoptar las consideraciones del punto de control que se definió anteriormente y

también del uso de la rigidez secante en los procesos de carga y descarga.

FIGURA 5.25 DEFINICIÓN DE ESTADO DE CARGA PARA REALIZAR ANÁLISIS PUSHOVER


Sexto paso-Análisis estático no lineal Pushover: Después de realizado los

pasos que se mencionaron antes, se procede con el análisis Pushover, todo este

proceso dependerá de varios factores para que se visualice los resultados.

5.3 CURVAS DE CAPACIDAD DE EDIFICIOS CONSIDERADOS

En el software utilizado permite visualizar los resultado del análisis no lineal (NSP)

a través de gráficas y tablas de la curva de capacidad (corte basal vs

desplazamiento) y adicionalmente puede presentar los resultados a través de una

escala de colores en el modelo estructural del edificio con las respectivas rótulas

87

plásticas. La disminución de la rigidez y resistencia se produce cuando la rótula

plástica alcanza un nuevo nivel de desempeño.

A continuación se observa los 5 puntos importantes en la curva; A, B, C, D y E;

estos son utilizados para la determinación del comportamiento de deflexión de la

articulación. De los puntos anteriormente citados, se tomará 3 de ellos para

interpretar y analizar el rango no lineal, tales como:

· IO: Operación Inmediata

· LS: Seguridad de Vida

· CP: Prevención de Colapso

FIGURA 5.26 GRÁFICA FUERZA VS DEFORMACIÓN

FUENTE: FEMA 356

Se observa en la Figura que cuando:

· Un elemente este entre B y IO; indica que la estructura puede ser ocupada

de manera inmediata luego de producido el movimiento sísmico.

· Cuando la respuesta se encuentre ente IO y LS; se tiene que definir con un

buen criterio técnico si la estructura tiene las seguridades suficientes para

garantizar las vidas de los ocupantes.

88

· Cuando la respuesta está en el punto CP; debe ser necesario prevenir el

colapso de las estructura, a través de la rehabilitación de los elementos que

se vean afectados.

Para el presente trabajo, de las curvas obtenidas se tomarán los resultados entre

los puntos B y C, (o sea carga de Ocupación Inmediata: VIO y la carga de

Prevención de Colapso VCP, respectivamente, por ser los puntos que más se

acercan a los requeridos). Adicionalmente se determinará el facto “q” que es el

factor referencial por comportamiento estructural) de cada estructura en ambas

direcciones, con la ecuación:

= (5.9)

= (5.10)

Donde:

Vmax: Carga de Ocupación Inmediata

Vy: Carga de Diseño

Vu nec: Carga última de diseño (Corte Basal NEC)

Los resultados se comparan con la tabla indicada en los anexos (Table 4. Design

concepts, ductility classes and reference values of the behaviour factor q). Anexos.

5.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE PROCESO ESTATICO LINEAL Y

ESTATICO NO LINEAL

En esta sección se presentan los resultados tanto del análisis estático lineal como

el análisis estático no lineal; en las tablas que se indican a continuación se observan

varios parámetros que nos ayudaran a interpretar cada tipo de análisis que se

realizó para varios edificios con los diferentes tipos de arriostramientos laterales.

Para interpretar los resultados se tiene que el análisis estático lineal se observa que

el comportamiento de la estructura se presenta o sigue en el rango elástico para el

sismo de diseño, mientras que para el caso del análisis no lineal, éste se presenta

en el rango inelástico adicionalmente como las propiedades de las estructuras, se

observa la formación de las rótulas plásticas, etc.

89

Con el análisis lineal no se puede predecir las magnitudes de daño que puede llegar

a sufrir la estructura, mientras que con el análisis inelástico, se pude obtener un

chequeo o monitorear la deformación que sufres por desempeño, y estos tipos de

daños se los puede catalogar como aceptables o no aceptables, de acuerdo a los

niveles de desempeño propuestos en códigos como el FEMA.

TABLA 5.11 RESUMEN DE CORTANTE BASAL Y DESPLAZAMIENTO LATERAL

DE EDIFICIOS


90

TABLA 5.12 RESUMEN DE EVALUACIÓN NO LINEAL DE LOS EDIFICIOS CON DIFERENTES TIPOS DE ARRIOSTRAMIENTOS


TABLA 5.13 RESUMEN DE VALORES DE CARGAS LATERALES EN RELACIÓN AL PESO DE ESTRUCTURAS CON DIFERENTES ARRIOSTRAMIENTOS


91

5.5 CONEXIONES PRECALIFICADAS

En el sismo de Northridge 1994, varios edificios de acero cuya configuración o

tipología estructural estaba constituido de pórticos especiales a momento sufrieron

fracturas frágiles, éstas fueron evidentes en las juntas soldadas de las alas de las

vigas a las alas de las columnas de las conexiones a momento, tal como se

presentan en las figuras. Estas fracturas frágiles fueron diferentes al

comportamiento de fluencia dúctil que se esperaba en las zonas de articulaciones

plásticas de las vigas; pues estas fracturas impidieron que se llegue a la formación

de zonas de articulaciones plásticas dúctiles, como consecuencia de esto el

desempeño sísmico fue muy diferente a los requerimientos de diseño en los que se

basan estos sistemas (ANSI/AISC 358-05).

FEMA investigó y calificó a un determinado grupo de conexiones llamadas

“Precalificadas”, éstas pueden ser diseñadas y construidas sin necesidad de

chequeo o verificación teórica y analítica. FEMA 350 has precalificado 9 conexiones

entre (soldadas y empernada) y proporcionó especificaciones, procedimientos de

diseño y ciertas limitaciones para cada tipo de conexión, algunas de éstas se

encuentran señaladas en los códigos como es el caso de “Prequalified Connections

for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications”

(ANSI/AISC 358-05).

Figura 5. 27 FRACTURA EN LA UNIÓN VIGA-COLUMNA

FUENTE: NEC-15

92

Figura 5. 28 FRACTURA EN COLUMNA

FUENTE: NEC-15

FEMA 350 dio a conocer los siguientes criterios para definir una conexión como

precalificada:

· Suficientes información tanto experimental como analítica referente al

desempeño de la conexión para determinar el probable mecanismo de

fluencia y modos de falla.

· Se han desarrollado modelos racionales para tratar de estimar la resistencia

que está asociada a cada mecanismo y modo de falla.

· De acuerdo a las propiedades de los materiales y el tipo de geometría de la

conexión, se puede utilizar procedimientos adecuados con el propósito de

estimar el modo y mecanismo de falla que controla el comportamiento y la

capacidad de deformación (deriva rotacional de piso).

· Con los modelos y procedimientos de prueba, la base de datos que existen

es bastante adecuada para permitir la valoración de la fiabilidad estadística

de la conexión.

5.5.1 CONEXIÓN CON VIGA DE SECCIÓN REDUCIDA

Este tipo de conexión (CVSR) es una conexión que es totalmente restringida (TR),

ésta tiene un corte, generalmente de radio circular, en el ala superior e inferior de

la viga, que se encuentra localizado en la zona adyacente a la conexión viga-

columna. El objetivo fundamental de este corte en esta zona es el de forzar a que

se forme la articulación plástica en la sección reducida de la viga. Como se muestra

en la Figura.

93

Figura 5. 29 CONEXIÓN CON LA VIGA DE SECCIÓN REDUCIDA

FUENTE: AISC 358-10 Prequalified connections 5.5.1.1 Límites de precalificación

Limitaciones de vigas: Deben satisfacer las siguientes limitaciones:

· Las vigas deber ser secciones tipo “I” roladas o armadas.

· El peralte de vigas está limitado a un perfil rolado W36 (W920). El peralte de

las secciones armadas no debe exceder el peralte permitido para los perfiles

rolados de ala ancha.

· El peso de vigas está limitado a 450 kg/m.

· El espesor de alas de la vigas no debe exceder 44.4mm (1 ¾ pulg).

· La relación de luz libre-peralte no debe ser menor de 7.

· La relación ancho-espesor para alas y alma de viga deben cumplir requisitos

de viga sísmicamente compacta.

94

· La zona protegida consiste en el sector de las vigas entre la cara de la

columna y el extremo de la sección reducida de la viga más lejano de la cara

de la columna.

Limitaciones de columnas: Deben satisfacer las siguientes limitaciones:

· Las secciones de columnas deben ser roladas o armadas.

· Las vigas debe tener conexión al ala de la columna.

· El peralte de las columnas roladas está limitado a un perfil rolado W36

(W920). El peralte de las columnas armadas de ala ancha no debe exceder

el peralte permitido para perfiles rolados. Las columnas cruciformes con alas

no deben tener un ancho o peralte mayor al peralte permitido para perfiles

rolados. Las columnas armadas tipo cajón no deben tener un ancho o peralte

que exceda los 600 mm. Las columnas de ala ancha encajonada no deben

tener un ancho o peralte que exceda los 600 mm si forma parte de un pórtico

ortogonal a momento.

· No hay límite para el peso de columnas.

· No hay límite para espesor de alas.

· Las relaciones ancho-espesor para alas y alma de las columnas deben estar

limitadas para que se cumpla los requerimientos de una sección

sísmicamente compacta.

5.6 DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE ACERO

En esta sección se presenta los materiales definitivos que se los obtiene de los

diferentes modelos estructurales, o sea estos materiales son los escogidos para

resistir el análisis de cargas verticales y horizontales, y sin descuidar los aspectos

o restricciones arquitectónicas que en ocasiones se tiene; tal es el caso que en

ocasiones se debe restringir el peralte de vigas, etc. En el campo de la construcción

se debe tener en cuenta principalmente la parte del cumplimiento de las diferentes

normas o recomendaciones y adicional a este factor se debe incluir la parte

económica en la fabricación y montaje.

95

(5.10)

El método empleado para el diseño será LRFD (Load and Resistance factor

design), este método toma en cuenta lo siguiente:

Ru ≤ ΦRn

Siendo:

Ru: Resistencia requerida (LRFD)

Rn: Resistencia Nominal

Φ: Factor de resistencia

ΦRn: Resistencia de diseño

Los materiales utilizados en el diseño son: acero estructural A-36 (fy=2530 kg/cm²),

hormigón en muros estructurales y losa f´c= 210 kg/cm²; hormigón de relleno para

las columnas metálicas será de f´c= 240 kg/cm²; el panel colaborante será de 0.65

mm de espesor.

En el programa ETABS-13 se tiene la posibilidad de realizar varias iteraciones para

escoger el material más adecuado, verificando el radio de iteración de cada

elemento (demanda/capacida) sea menor o igual a 1.

En vigas hay que tomar en cuenta la longitud de arriostramiento o Ltb, que en el

software utilizado no toma en cuenta, es decir, que en el programa considera que

la longitud de arriostramiento es la longitud total del elemento, y para nuestro caso

se está modelando el panel colaborante que algunos autores consideran que sirve

de arriostramiento lateral de las vigas, por lo que se presenta una opción en el

ETABS-13, tal como se indica:

FIGURA 5.30 LONGITUD DE ARRIOSTRAMIENTO ETABS-13


96

Se presenta los diseños más representativos de los elementos estructurales de

cada edificio que se analizó, ya sean a través de la visualización de los radios de

interacción, escala de colores o con tablas que el software puede presentar.

5.6.1 DISEÑO ESTRUCTURAL EDIFICIO PIETRA

FIGURA 5.31 COEFICIENTES DE INTERACCIÓN EDIFICIO PIETRA


5.6.2 DISEÑO ESTRUCTURAL EDIFICIO CUATRO

FIGURA 5.32 COEFICIENTES DE INTERACCIÓN EDIFICIO CUATRO


97

5.6.3 DISEÑO ESTRUCTURAL EDIFICIO TORRE 6

El espesor de los muros estructurales para el Edificio Torre 6 será de 25 cm. En los

respectivos anexos se presentará diagramas de interacción de cada muro.

TABLA 5.14 ACERO MÍNIMO EN MUROS ESTRUCTURALES

ACERO MÍNIMO EN MURO ESTRUCTURAL

Cuantía longitudinal y transversal 0.0025 Geometría

Espesor del muro e 25 30 cm Área hormigón Ag 2500 3000 cm2/ml Acero por cuantía mínima As 6.25 7.5 cm2/ml

Acero de refuerzo Separación entre aceros 15 15 cm Número de capas 2 2 Capas Número total de varillas a usar 13.33 13.33 varillas Área de las varillas 0.47 0.56 cm2 Diámetro de varilla a usar 7.73 8.46 mm

USAR φ 10 @ 15 Bidireccional en dos capas

FUENTE: Pazmiño Henry Anteriormente se ha presentado el diseño estructural de los elementos más

representativos que nos servirá para realizar un resumen de materiales y peso de

estructura para cada edificio analizado.

5.7 RESUMEN DE MATERIALES Y PLANOS ESTRUCTURALES

REFERENCIALES

En esta sección se presenta el resumen de materiales de la estructura metálica de

cada uno de los edificios analizados con los diferentes tipos de arrostramientos

laterales.

Los planos estructurales referenciales serán presentados en los respectivos

anexos.

98

5.7.1 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO PIETRA CON DIAGONALES EN

CRUZ

TABLA 5.15 RESUMEN DE MATERIALES Y PESO ESTRUCTURA METÁLICA EDIFICIO PIETRA. DIAGONALES EN CRUZ

EDIFICIO PIETRA- DIAGONALES EN CRUZ

Section Element Type # Pieces Total Length Total Weight

m kg

COLF_40x40x10 Column 10 21,00 2520,00

G_25x5x15_3mm Beam 51 274,84 1505,96

BR_12x12x8 Brace 228 487,50 13713,98

BR_8x8x5 Brace 48 82,96 976,79

Vs_25x3_10x5 Beam 123 301,85 3868,53

COLF_30x30x10 Column 41 111,00 9879,00

COLF_30x30x8 Column 138 369,00 26604,90

Vs_30x3_10x6 Beam 115 147,04 2292,20

Vs_30x3_15x6 Beam 18 21,00 439,11

Vp_45x5_10x10 Beam 33 73,62 2181,45

Vp_45x5_15x10 Beam 57 90,59 3358,51

Vs_30x3_8x6 Beam 118 400,78 5729,24

Vp_40x3_10x10 Beam 4 22,34 530,88

Vs_35x3_10x5 Beam 2 8,48 134,45

Vs_25x3_8x5 Beam 178 424,33 4996,32

Vp_45x5_10x5 Beam 161 441,29 10611,56

Vs_35x3_10x10 Beam 2 10,00 234,69

COLF_20x20x4 Column 10 30,00 729,00

Vp_45x5_8x8 Beam 28 51,32 1259,73

Vp_45x4_8x5 Beam 62 170,44 3226,83

Vp_45x5_12x10 Beam 20 69,35 2299,93

Vp_45x10_15x12 Beam 8 12,55 635,44

Vp_45x5_8x5 Beam 16 44,62 989,45

TOTAL [kg] 98717,95

AREA [m²] 2263,30

RELACIÓN W/A [kg/m²] 43,62


99

5.7.2 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO CUATRO CON DIAGONALES

EN CRUZ

TABLA 5.16 RESUMEN DE MATERIALES Y PESO ESTRUCTURA METÁLICA EDIFICIO CUATRO. DIAGONALES EN CRUZ

EDIFICIO CUATRO- DIAGONALES EN CRUZ


m kg

VIGA Prin. 400x3_100x8 Beam 190 737,40 14820,20

VIGA Prin. 450x6_160x8 Beam 20 150,00 5836,70

VIGA Prin. 450x10_200x10

Beam 62 402,00 25016,50

VIGA Sec. 350x3_100x5 Beam 116 417,00 6587,80

Volado 400x3_100x8 Beam 160 192,00 3823,30

VIGA Sec. 400x3_80x4 Beam 141 648,30 9221,50

C(horm.) 300x300x10 Column 278 834,00 74226,00 VIGA Prin. 500x8_150x10

Beam 20 57,00 2738,10

VIGA Prin. 400x4_100x8 Beam 10 67,00 1575,30

VIGA Sec. 300x3_80x6 Beam 101 511,00 7315,80

VIGA Sec. 400x3_100x6 Beam 85 355,20 6590,80

VIGA Sec. 400x4_100x6 Beam 204 289,50 6211,20

VIGA Prin. 400x3_100x6 Beam 43 265,10 4679,60

VIGA Prin. 400x4_100x6 Beam 33 161,90 3412,90

VIGA Prin. 500x5_100x6 Beam 16 73,00 1974,20

VIGA Prin. 500x5_100x8 Beam 58 59,80 1612,40

VIGA Prin. 250x3_80x6 Beam 27 84,00 1005,20

VIGA Sec. 400x4_100x8 Beam 20 30,00 738,40

G_125x50x15x3 Beam 60 402,00 2202,70

CRH-300X300X12 Column 8 24,00 2544,00

BR-120X120X8 Brace 256 511,61 14392,20

BR-120X120X10 Brace 108 220,33 7609,20

TOTAL [kg] 204134,00 AREA [m²] 5030,18 RELACIÓN W/A [kg/m²] 40,58


100

5.7.3 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO TORRE 6 CON DIAGONALES

EN CRUZ

TABLA 5.17 RESUMEN DE MATERIALES Y PEOS ESTRUCTURA METÁLICA EDIFICIO TORRE 6. DIAGONALES EN CRUZ

EDIFICIO TORRE 6- DIAGONALES EN CRUZ


m kg

Vp_45x4_12x10 Beam 148 792,92 24284,61

COLF_50x50x10 Column 14 29,75 4522

COLF_50x50x8 Column 128 273,75 33397,5

Vs_25x3_8x5 Beam 559 1720,20 20470,75

COLF_25x25x8 Column 3 9,00 535,5

Vs_25x4_8x6 Beam 37 111,05 1644,03

Vp_50x5_12x12 Beam 88 310,76 11915,80

Vp_40x3_10x6 Beam 80 787,66 14538,19

COLF_30x30x12 Column 46 89,00 9434

COLF_25x25x10 Column 8 11,75 858,925

COLF_30x30x10 Column 34 65,25 5807,25

COLF_30x30x8 Column 205 553,75 39925,375

Vp_50x8_15x10 Beam 371 847,40 40642,90

COLF_40x40x8 Column 30 90,00 8748

G_25x5x15x3 Beam 97 346,50 2425,13

Vp_45x4_15x6 Beam 22 183,70 5121,52

Vp_45x4_8x6 Beam 24 202,80 3934,90

Vs_30x3_8x6 Beam 550 1588,80 22700,56

Vp_50x5_12x10 Beam 36 54,00 1898,84

Vp_50x5_10x10 Beam 24 36,00 1049,89

Vp_50x4_10x8 Beam 100 247,05 6318,29

Vp_50x4_8x6 Beam 185 766,57 17073,16

Vp_50x5_12x8 Beam 66 189,00 5794,43

Vp_50x5_15x10 Beam 48 95,95 3634,38

Vp_50x4_10x10 Beam 28 168,00 5138,30

Vp_50x4_10x6 Beam 43 204,75 5043,91

Vp_40x3_8x5 Beam 17 91,42 1403,48

Vp_50x8_20x12 Beam 33 54,55 3016,49

COLF_50X50X15 Column 56 119,00 26656

COLF_40X40X10 Column 14 42,00 5040

BR_20X20X18 Beam 32 45,93 4297,21

BR_20X20X18 Brace 768 1484,92 152729,46



101

5.7.4 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO PIETRA CON DIAGONALES EN

“V” INVERTIDA

TABLA 5.18 RESUMEN DE MATERIALES Y PESO ESTRUCTURA METÁLICA EDIFICIO PIETRA. DIAGONALES EN “V” INVERTIDA

EDIFICIO PIETRA- DIAGONALES EN "V" INVERTIDA


m kg

COLF_40x40x10 Column 10 21,00 2520,00

G_25x5x15_3mm Beam 51 274,84 1505,96

BR_12x12x8 Brace 118 387,59 10903,34

BR_8x8x5 Brace 24 72,78 856,89

Vs_25x3_10x5 Beam 123 301,85 3868,53

COLF_30x30x10 Column 41 111,00 9879,00

COLF_30x30x8 Column 138 369,00 26604,90

Vs_30x3_10x6 Beam 115 147,04 2292,20

Vs_30x3_15x6 Beam 18 21,00 439,11

Vp_45x5_10x10 Beam 33 73,62 2181,45

Vp_45x5_15x10 Beam 57 90,59 3358,51

Vs_30x3_8x6 Beam 118 400,78 5729,24

Vp_40x3_10x10 Beam 4 22,34 530,88

Vs_35x3_10x5 Beam 2 8,48 134,45

Vs_25x3_8x5 Beam 178 424,33 4996,32

Vp_45x5_10x5 Beam 161 441,29 10611,56

Vs_35x3_10x10 Beam 2 10,00 234,69

COLF_20x20x4 Column 10 30,00 729,00

Vp_45x5_8x8 Beam 28 51,32 1259,73

Vp_45x4_8x5 Beam 64 174,94 3305,19

Vp_45x5_12x10 Beam 20 69,35 2299,93

Vp_45x10_15x12 Beam 8 12,55 635,44

Vp_45x5_8x5 Beam 18 53,42 1180,18



102

5.7.5 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO CUATRO CON DIAGONALES

EN “V” INVERTIDA

TABLA 5.19 RESUMEN DE MATERIALES Y PESO ESTRUCTURA METÁLICA EDIFICIO CUATRO. DIAGONALES EN “V” INVERTIDA

EDIFICIO CUATRO- DIAGONALES EN "V" INVERTIDA


m kg

VIGA Prin. 450x6_160x8 Beam 20 150,00 5836,70


Beam 62 402,00 25016,50

VIGA Sec. 350x3_100x5 Beam 116 417,00 6587,80

Volado 400x3_100x8 Beam 160 192,00 3823,30

VIGA Sec. 400x3_80x4 Beam 141 648,30 9221,50

C(horm.) 300x300x10 Column 278 834,00 74226,00


Beam 20 57,00 2738,10

VIGA Prin. 400x4_100x8 Beam 200 804,40 18463,40

VIGA Sec. 300x3_80x6 Beam 101 511,00 7315,80

VIGA Sec. 400x3_100x6 Beam 85 355,20 6590,80

VIGA Sec. 400x4_100x6 Beam 204 289,50 6211,20

VIGA Prin. 400x3_100x6 Beam 43 265,10 4679,60

VIGA Prin. 400x4_100x6 Beam 33 161,90 3412,90

VIGA Prin. 500x5_100x6 Beam 16 73,00 1974,20

VIGA Prin. 500x5_100x8 Beam 58 59,80 1612,40

VIGA Prin. 250x3_80x6 Beam 27 84,00 1005,20

VIGA Sec. 400x4_100x8 Beam 20 30,00 738,40

G_125x50x15x3 Beam 60 402,00 2202,70

CRH-300X300X12 Column 8 24,00 2544,00

BR-200X125X15 Brace 182 598,52 41575,90

TOTAL [kg] 219939,70

AREA [m²] 5030,18



103

5.7.6 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO TORRE 6 CON DIAGONALES

EN “V” INVERTIDA

TABLA 5.20 RESUMEN DE MATERIALES Y PESO ESTRUCTURA METÁLICA EDIFICIO TORRE 6. DIAGONALES EN “V” INVERTIDA

EDIFICIO TORRE 6- DIAGONALES EN "V" INVERTIDA


m kg

Vp_45x4_12x10 Beam 148 792,92 24284,61

COLF_50x50x10 Column 14 29,75 4522,00

COLF_50x50x8 Column 128 273,75 33397,50

Vs_25x3_8x5 Beam 559 1720,20 20470,75

COLF_25x25x8 Column 3 9,00 535,50

Vs_25x4_8x6 Beam 37 111,05 1644,03

Vp_50x5_12x12 Beam 88 310,76 11915,80

Vp_40x3_10x6 Beam 80 787,66 14538,19

COLF_30x30x12 Column 46 89,00 9434,00

COLF_25x25x10 Column 8 11,75 861,28

COLF_30x30x10 Column 34 65,25 5807,25

COLF_30x30x8 Column 205 553,75 39925,38

Vp_50x8_15x10 Beam 371 847,40 40642,90

COLF_40x40x8 Column 30 90,00 8748,00

G_25x5x15x3 Beam 97 346,50 2425,13

Vp_45x4_15x6 Beam 22 183,70 5121,52

Vp_45x4_8x6 Beam 24 202,80 3934,90

Vs_30x3_8x6 Beam 550 1588,80 22700,56

Vp_50x5_12x10 Beam 36 54,00 1898,84

Vp_50x5_10x10 Beam 24 36,00 1049,89

Vp_50x4_10x8 Beam 100 247,05 6318,29

Vp_50x4_8x6 Beam 185 766,57 17073,16

Vp_50x5_12x8 Beam 66 189,00 5794,43

Vp_50x5_15x10 Beam 48 95,95 3634,38

Vp_50x4_10x10 Beam 28 168,00 5138,30

Vp_50x4_10x6 Beam 43 204,75 5043,91

Vp_40x3_8x5 Beam 17 91,42 1403,48

Vp_50x8_20x12 Beam 33 54,55 3016,49

COLF_50X50X15 Column 56 119,00 26656,00

COLF_40X40X10 Column 14 42,00 5040,00

BR_20X20X18 Brace 76 234,42 24111,05

BR-300X300X28 Brace 146 457,11 109302,09

BR-200X200X22 Brace 178 541,53 66579,74

TOTAL [kg] 532969,33

AREA [m²] 8090,69



104

5.7.7 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO PIETRA CON MUROS DE

CORTE DE HORMIGÓN ARMADO

TABLA 5.21 RESUMEN DE MATERIALES Y PESO ESTRUCTURA METÁLICA EDIFICIO PIETRA. MUROS CORTE HORMIGÓN ARMADO

EDIFICIO PIETRA- MUROS DE CORTE DE HORMIGÓN ARMADO


m kg

Col 400x400x15 Column 10 21,00 3801,00

G_25x5x15_3mm Beam 51 274,84 2382,86

VIGA Sec. 250x3_100x5 Beam 228 513,94 7060,25


Beam 1 8,06 423,92

Col 300x300x15 Column 41 111,00 14784,00

Col 300x300x12 Column 29 85,50 9319,50

VIGA Sec. 300x3_100x6 Beam 10 10,00 164,85


Beam 18 75,32 2897,18


Beam 109 381,20 12717,79


Beam 36 237,30 9779,73

VIGA Sec. 300x3_80x6 Beam 20 69,65 1016,96

VIGA Sec. 400x3_100x10

Beam 2 22,34 561,18

VIGA Sec. 350x3_120x8 Beam 15 20,66 481,68

VIGA Sec. 350x3_100x5 Beam 80 124,43 2002,39

VIGA Sec. 350x3_120x10

Beam 2 6,35 171,97

VIGA Sec. 350x3_100x4 Beam 94 291,57 4234,33

VIGA Sec. 250x3_80x5 Beam 70 154,25 1830,00

VIGA Prin. 450x5_100x5 Beam 42 156,50 3992,71 VIGA Sec. 350x3_100x10

Beam 8 19,00 454,91

Col 200x200x6 Column 10 30,00 1095,00

Viga Diaf 250x3_80x5 Beam 237 407,80 4961,91

TOTAL [kg] 84134,10

AREA [m²] 2263,30



105

5.7.8 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO CUATRO CON MUROS DE


TABLA 5.22 RESUMEN DE MATERIALES Y PESO ESTRUCTURA METÁLICA EDIFICIO CUATRO. MUROS CORTE HORMIGÓN ARMADO

EDIFICIO CUATRO- MUROS DE CORTE DE HORMIGÓN ARMADO


m kg

VIGA Prin. 400x3_100x8 Beam 190 648,90 20375,46

VIGA Prin. 450x6_160x8 Beam 20 150,00 6193,65


Beam 60 362,00 24154,45

VIGA Sec. 350x3_100x5 Beam 116 417,00 6710,57

Volado 400x3_100x8 Beam 160 192,00 4220,16

VIGA Sec. 400x3_80x4 Beam 141 648,30 9364,05

COL 300x300x18 Column 156 468,00 74412,00

VIGA Prin. 500x8_150x10 Beam 10 25,00 1373,75

VIGA Prin. 400x4_100x8 Beam 10 67,00 1683,04

VIGA Sec. 300x3_80x6 Beam 40 228,00 3329,03

VIGA Sec. 400x3_100x6 Beam 145 837,20 15772,85

VIGA Sec. 400x4_100x6 Beam 15 100,50 2208,99

VIGA Prin. 400x3_100x6 Beam 43 255,50 4813,62

VIGA Prin. 400x4_100x6 Beam 12 63,20 1389,14

VIGA Prin. 500x5_100x6 Beam 10 35,00 1016,58

VIGA Prin. 500x5_100x8 Beam 20 126,00 4055,31

VIGA Prin. 250x3_80x6 Beam 24 78,00 1047,03

VIGA Sec. 400x4_100x8 Beam 10 20,00 502,40

G_250x50x15x3 Beam 60 402,00 3485,34

Viga Diaf 400x3_80x4 Beam 156 217,75 3145,18

TOTAL [kg] 189252,59

AREA [m²] 5030,18



106

5.7.9 RESUMEN DE MATERIALES EDIFICIO TORRE 6 CON MUROS DE


TABLA 5.23 RESUMEN DE MATERIALES Y PESO ESTRUCTURA METÁLICA EDIFICIO TORRE 6. MUROS CORTE HORMIGÓN ARMADO

EDIFICIO TORRE 6- MUROS DE CORTE DE HORMIGÓN ARMADO


m kg

I 120x10-400-4 Beam 378 1697,58 53303,89

COL 50x50x1 Column 126 267,75 72828,00

COL 40x40x0.8 Column 59 177,00 38232,00

COL 60x30x0.8 Column 8 11,75 3202,10

I 80x5x25x4 diaf Beam 340 551,87 7797,93

I 200x15x400x6(ref) Beam 151 1056,12 69640,77

I 80x4-25x4 (vigueta2) Beam 208 1081,12 13918,33

I 10x4x30x3 (vigueta) Beam 520 2788,68 37214,92

TOTAL [kg] 296137,94

AREA [m²] 8090,69



5.7.10 RELACIÓN PESO/AREA DE PROYECTOS ANALIZADOS CON LOS

DIVERSOS TIPOS DE ARRIOSTRAMIENTOS LATERALES

En el campo de la construcción, en especial los profesionales que se dedican a la

fabricación y montaje de estructura metálica, un factor importante es la relación de

peso de acero estructural sobre área de construcción, por tal motivo se presenta a

continuación los valores de este factor para cuando se tiene diferentes tipos de

arriostramientos.

107

TABLA 5.24 RELACIÓN PESO/ÁREA DE EDIFICIOS CON DIVERSOS TIPOS DE ARRIOSTRAMIENTOS LATERALES

Arriostramientos-Relación peso/area [kg/m²]

Edifcio Diag. en cruz Diag. en "V" inv. Muros corte H.A.

PIETRA 43,62 42,44 37,17

CUATRO 40,58 43,72 37,62

TORRE 6 60,56 65,87 36,60 ELABORADO POR: Guerrero Patricio

108

CAPÍTULO 6

FILOSOFÍA DE UN BUEN MODELAMIENTO NO LINEAL

6.1 ELEMENOS DE ARRIOSTRAMIENTO CONCÉNTRICO

La utilización de pórticos arriostrados concéntricamente representa una solución

estructural muy conveniente para proveer resistencia y rigidez lateral en

edificaciones de baja y mediana altura. Las acciones laterales producidas por sismo

inducen, esfuerzos axiales en los miembros del pórtico arriostrado.

En los sistemas de pórticos arriostrados concéntricamente se destaca por tener

elevada rigidez lateral, éstos permiten controlar de manera adecuada los

desplazamientos laterales para cumplir con los requerimientos de diseño.

En especificaciones de diseño modernas se considera que los arriostramientos o

diagonales pueden desarrollar deformaciones inelásticas durante el acontecimiento

de un sismo severo, por lo tanto la estructura presenta la capacidad para disipar

energía cuando se produce sismo, a través de sucesivos ciclos de fluencia por

tensión y pandeo global en compresión, es decir, con la formación de rótulas

plásticas en zona central y en extremos de arriostramientos.

La estratega de diseño en este sistema, asegura que el resto de componentes de

la estructura como columnas, vigas y conexiones, tengan la capacidad adecuada

para resistir cargas gravitacionales aun cuando éstas hayan sufrido daño.

Los pórticos arriostrados concéntricamente tienen la capacidad de desarrollar un

tipo de mecanismo plástico aceptable, ante acción de sismo severo; en la figura

6.1, la deformación inducida por el sismo produce el pandeo de los arriostramientos

que se comprimen y posteriormente se produce la fluencia de los arriostramientos

que se traccionan, de igual forma cuando se invierte el sentido de acción sísmica;

de este modo se logra un comportamiento dúctil.

109

FIGURA 6.1 MECANISMO PLASTICO DE UN PÓRTICO ARRIOSTRADO

FUENTE: Crisafulli Francisco

6.2 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

La estructura que se estudia corresponde a un edificio destinado para uso

residencial, no posee subsuelos. El edificio está ubicado en la ciudad de Quito, es

de estructura metálica, consta de siete niveles, la altura del edificios es de 21.70 m.

La planta estructural del edificio es regular, las longitudes de los vanos en ambos

sentidos son iguales, es decir, la geometría del edificio es regular, como se observa

en la figura 6.2.

110

FIGURA 6.2 PLANTA ESTRUCTURAL


El sistema estructural del proyecto es pórticos especiales con elementos de

arriostramientos concéntricos (SCBFs). Los vanos que conforman el edificio están

entre 5.00 m a 11.00 m, la altura de entrepiso corresponde a 3.10m. Los pórticos

principales se encuentran en la dirección del eje “Y” y los pórticos secundarios se

encuentra ubicados en la dirección del eje “X”; la separación de las viguetas o vigas

de cargas oscila entre 2.50 m y 2.75m.

Los arriostramientos concéntricos están ubicados de tal forma que se cumpla con

las derivas de piso establecidas en NEC-15. Las secciones utilizadas para

111

columnas, vigas principales, vigas secundarias, viguetas y arriostramientos

corresponden a vigas americanas tipo “W”.

El sistema de piso está constituido por placa colaborante de espesor 0.75 mm

(Master Deck) y una loseta de hormigón de 15 cm de altura con malla

electrosoldada R-283 Armex Tradicional (1f6@100mm).

El material utilizado para la estructura metálica corresponde a acero estructural del

tipo G-50 cuyo límite de fluencia es de 3515 kg/cm².

6.3 CUANTIFICACIÓN DE CARGAS

Los valores correspondientes a las cargas vivas, cargas sísmicas, están

relacionadas con el uso, tipo o categoría que tiene la edificación, para el presente

proyecto, los valores de carga se fundamentan en la categoría de “otras

estructuras”, como está detallado en capítulo de Peligro Sísmico de NEC-15.

6.3.1 CARGA MUERTA

Son cargas que actúan de forma permanente y son producidas por acción

gravitatoria, estás cargas estas constituidas por:

· Peso propio de los elementos estructurales que son columnas, vigas, losas.

· Carga sobre impuesta, que corresponde al peso de placa colaborante,

loseta, masillados, acabados, instalaciones, cielo raso, mampostería, etc.

6.3.2 CARGA VIVA

Son cargas que corresponden al uso y ocupación de la edificación, éstas se

encuentran descritas en el capítulo “Cargas no sísmicas” de la NEC-15, que para

nuestro caso de uso residencias es de 2.00 KN/m² (200 kg/m²).

112

TABLA 6.1 EVALUACIÓN DE CARGAS VERTICALES LOSA TIPO

LOSA N+3,10 - N+6,20 - N+9,30 - N+12,40 - N+15,50 - N+18,6

P.P. ESTRUCTURA = 125,00 [kg/m²] P.P. PANEL e=0,75 mm = 7,04 [kg/m²] P.P. LOSA e=15 cm = 288,00 [kg/m²] P.P. MASILLADO e= 2 cm = 40,00 [kg/m²] P.P. ACABADOS = 40,00 [kg/m²] P.P. INSTALACIONES = 10,00 [kg/m²] P.P. CIELO RASO = 20,00 [kg/m²] P.P. MAMPOSTERIA = 200,00 [kg/m²] Wcm = 730,04 [kg/m²] Wcm asumido = 730,04 [kg/m²] Wcv VIVIENDA = 200,00 [kg/m²] W TOTAL = 930,04 [kg/m²] Carga Reactiva: 100%WCM = 730,04 [kg/m²]


TABLA 6.2 EVALUACIÓN DE CARGAS VERTICALES LOSA CUBIERTA

LOSA N+21,70

P.P. ESTRUCTURA = 125,00 [kg/m²] P.P. PANEL e=0,75 mm = 7,04 [kg/m²] P.P. LOSA e=15 cm = 288,00 [kg/m²] P.P. MASILLADO e= 2 cm = 40,00 [kg/m²] P.P. ACABADOS = 40,00 [kg/m²] P.P. INSTALACIONES = 10,00 [kg/m²] P.P. CIELO RASO = 20,00 [kg/m²] P.P. MAMPOSTERIA = 25,00 [kg/m²] Wcm = 555,04 [kg/m²] Wcm asumido = 555,04 [kg/m²] Wcv VIVIENDA = 200,00 [kg/m²] W TOTAL = 755,04 [kg/m²] Carga Reactiva: 100%WCM = 555,04 [kg/m²]


6.4 CÁLCULO DEL CORTANTE BASAL EN BASE A LA NEC-15

Se realiza el cálculo de las fuerzas sísmicas aplicadas a la edificación, éstas se

aplican en la dirección de cada eje principal de la estructura. Se aplican los

113

parámetros indicados en el capítulo 2 del presente trabajo, para realizar el análisis

por fuerzas estáticas equivalentes.

TABLA 6.3 CORTANTE BASAL NEC-15


Coeficiente de importancia I= 1,00

Zonificación sísmica Z.sism: V

Factor de zona Z= 0,40

Relación de amplificación espectral h= 2,48

Factor ubicación geográfica proyecto r= 1

Altura máxima edificación de n pisos [m] hn= 21,70

Coeficiente que depende tipo estructura: Ct= 0,073

a= 0,75

Período de vibración [s] T= 0,734

Tipo de perfil del subsuelo Tipo suelo: C

Coeficientes de amplificación dinámica de perfiles de suelo:

Amplificación suelo en zona de periodo corto Fa= 1,20

Amplificación ordenadas espectro elástico respuesta desplaz. roca Fd= 1,11

Comportamiento no lineal de los suelos Fs= 1,11

Límites periodo de vibración:

Espectro sísmico elástico aceleraciones representa sismo diseño [s] TC= 0,565

Espectro de respuesta en desplazamientos [s] TL= 2,664

Espectro sísmico elástico aceleraciones representa sismo diseño [s] TO= 0,103

Factor irregularidad en planta fP= 0,9

Factor irregularidad en elevación fE= 1

Factor de reducción de resistencia sísmica R= 6

Aceleración espectral Sa= 0,916

Deriva elástica máxima De= 0,0044

Cortante basal total de diseño V= 16,96%

Nota: Para perfiles de suelo tipo D y E, los valores de TL se limitarán a un valor máximo de 4 [s].


114

TABLA 6.4 DISTRIBUCIÓN DE FUERZA SÍSMICA




NIVEL h hi Ai WLD Wi Wi x hi Fi Si m m [m²] [T/m²] [T] [T-m] [T] [T]

N+ 21,70 3,10 21,70 1.714,00 0,554 950,21 20619,50 289,78 289,78

N+ 18,60 3,10 18,60 1.714,00 0,730 1.251,29 23273,97 327,08 616,86

N+ 15,50 3,10 15,50 1.714,00 0,730 1.251,29 19394,97 272,57 889,43

N+ 12,40 3,10 12,40 1.714,00 0,730 1.251,29 15515,98 218,06 1.107,49

N+ 9,30 3,10 9,30 1.714,00 0,730 1.251,29 11636,98 163,54 1.271,03

N+ 6,20 3,10 6,20 1.714,00 0,730 1.251,29 7757,99 109,03 1.380,06

N+ 3,10 3,10 3,10 1.714,00 0,730 1.251,29 3878,99 54,51 1.434,58

N+ 0,00 TOTAL 11998,00 8.457,94 102078,38 1.434,58


6.5 ESPECTRO ELÁSTICO DE ACELERACIONES

El espectro elástico de la edificación, se obtiene en base a los siguientes

parámetros:

TABLA 6.5 PARAMETROS PARA ESPECTRO ELÁSTICO DE ACELERACIONES

Z= 0,4 I= 1

h= 2,48 Fa= 1,2 Fd= 1,11 Fs= 1,11 R= 6 r= 1

fP= 0,9 fE= 1


115

FIGURA 6.3 ESPECTRO ELÁSTICO E INELÁSTICO DE ACELERACIONES SEGÚN NEC-15


6.6 MODELACIÓN EN SOFTWARE SAP2000

En la presente sección se utiliza el software SAP2000, para realizar un modelo

matemático tridimensional de la edificación expuesta en párrafos anteriores y se

verifica que el diseño estructural cumpla con las recomendaciones sismo-

resistentes establecidas en las normas: NEC-15 y AISC-341-10. Posteriormente

cumplidas las recomendaciones se realizan los diseños definitivos de columnas,

vigas principales, vigas secundarias, viguetas, etc.

6.6.1 GEOMETRÍA DE EDIFICIO

Se define los ejes (grillas) del proyecto estructural en planta y elevación, como se

muestra en la Figura 6.4.

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00

ESPECTRO NEC-15

ELÁSTICO INELÁSTICO

116

FIGURA 6.4 GRILLAS (EJES) PLANTA Y ELEVACIÓN DE EDIFICIO

FUENTE: SAP2000 ELABORADO POR: Guerrero Patricio

6.6.2 DEFINICIÓN DE MATERIALES

Para el presente proyecto se utiliza el acero estructural Grado 50, el límite de

fluencia es de 3515 kg/cm²; éste se utiliza para las columnas, vigas principales,

vigas secundarias, viguetas, arriostramientos concéntricos. Las propiedades

mecánicas se presentan en la figura 6.5.

FIGURA 6. 5 DEFINICIÓN MATERIAL ACERO ESTRUCTURAL GRADO 50

FUENTE: SAP2000


117

6.6.3 SECCIÓN DE ELEMENTOS EN ESTRUCTURA

En la figura 6.6 se presentan algunas secciones utilizadas para el análisis

estructural, cabe mencionar que todas las sección de la edificación corresponden a

vigas americanas tipo “W”.

FIGURA 6.6 SECCIONES UTILIZADAS NIVEL N+3.10

FUENTE: SAP2000


6.6.4 DEFINICIÓN DE PATRONES DE CARGA EN SAP2000

Se indica en la figura 6.7 los patrones de carga creados para realizar el análisis

lineal y no lineal del presente proyecto.

FIGURA 6.7 DEFINICIÓN PATRONES DE CARGA SAP2000

FUENTE: SAP2000


118

6.6.5 ASIGNACIÓN DE CARGAS

Para asignar la carga muerta y la carga viva, previamente se crea elemento tipo

membrana que sirva para transmitir carga y no constituye un aporte para las vigas;

las cargas aplicadas son:

· Carga muerta sobre impuesta nivel N+3.10 hasta nivel N+18.60: 605.04

[kg/m²] y en nivel N+21.70: 430.04 [kg/m²].

· Carga viva nivel N+3.10 hasta nivel N+21.70: 200 [kg/m²].

Las cargas sísmicas se realiza mediante dos métodos: estático y dinámico.

En el primer método se aplica las distribución de fuerza sísmica, como se muestra

en la tabla 6.4; estas cargas están aplicadas en centro de masas de la estructura a

través de diafragma rígido de piso, es decir, esta opción permite unir todos los

nudos de cada nivel y de esta forma éstos se desplacen unificadamente.

En el método dinámico, se realiza a través del análisis modal espectral, por lo que

se ingresa el espectro de repuesta en el software SAP2000; se ingresa éste de

manera manual ingresando valores del periodo-aceleración o a través de archivo

de texto con extensión txt, como se indica en la figura 6.8.

FIGURA 6. 8 ESPECTRO DE RESPUESTA INELÁSTICO DE ACELERACIONES

FUENTE: SAP2000


119

6.6.6 ANÁLISIS DE RESULTADOS

Finalizado la modelación de la estructura en el software SAP2000, se analizan los

resultados, es decir, se realizan comprobaciones para verificar que los datos

ingresados en el programa sean similares a los cálculos manuales del análisis

estructural del edificio.

6.6.6.1 Carga reactiva y cortante basal

Se define una combinación de carga en el software SAP2000, ésta se llama

“COMB1” que toma el 100% de la carga muerta total, para verificar con la carga

total reactiva presentada en subcapítulos anteriores.

TABLA 6.6 REACCIONES VERTICALES EN LA BASE DE EDIFICIO

NUDO COMBINACIÓN F3 [T]

63 COMB1 310,72 64 COMB1 416,67 65 COMB1 415,78 66 COMB1 311,72 67 COMB1 403,30 68 COMB1 513,80 69 COMB1 506,76 70 COMB1 348,23 71 COMB1 403,30 72 COMB1 513,80 73 COMB1 506,76 74 COMB1 348,23 75 COMB1 310,72 76 COMB1 416,67 77 COMB1 415,78 78 COMB1 311,72 561 COMB1 105,02 562 COMB1 136,37 563 COMB1 136,37 564 COMB1 105,02 565 COMB1 105,20 566 COMB1 79,37 567 COMB1 79,37 568 COMB1 105,20 569 COMB1 76,98 570 COMB1 128,92 571 COMB1 129,07 572 COMB1 76,74 573 COMB1 73,98

120


574 COMB1 74,29 575 COMB1 76,98 576 COMB1 128,92 577 COMB1 129,07 578 COMB1 76,74 579 COMB1 73,98

580 COMB1 74,29

S 8425,85


Se verifica en la Tabla 6.6, las cargas gravitatorias ingresadas en el software, están

correctas, pues la sumatorias de las reacciones verticales en los nudos localizados

en la cimentación, son valores muy cercanos a los valores expuestos en la Tabla

6.4.

Para revisar el cortante basal, se realiza de manera similar que la carga reactiva

indicada en el párrafo anterior, por lo que se revisa las reacciones horizontales en

el estado de carga “SX” (sismo en sentido XX), de igual forma para el “SY” (sismo

en sentido YY).

TABLA 6.7 REACCIONES HORIZONTALES EN LA BASE DE EDIFICIO

NUDO EST. CARGA Fx [T]

63 SX -4,88

64 SX -7,79

65 SX -7,79

66 SX -4,88

67 SX -4,92

68 SX -119,35

69 SX -119,42

70 SX -4,92

71 SX -4,92

72 SX -119,35

73 SX -119,42

74 SX -4,92

75 SX -4,88

76 SX -7,79

77 SX -7,79

78 SX -4,88

121


561 SX -1,49

562 SX -1,51

563 SX -1,51

564 SX -1,49

565 SX -1,49

566 SX -1,51

567 SX -1,51

568 SX -1,49

569 SX -63,01

570 SX -111,26

571 SX -111,26

572 SX -63,01

573 SX -44,39

574 SX -44,39

575 SX -63,01

576 SX -111,26

577 SX -111,26

578 SX -63,01

579 SX -44,39

580 SX -44,39

S -1434,57


TABLA 6.8 REACCIONES HORIZONTALES EN LA BASE DE EDIFICIO SISMO EN “Y”

NUDO EST. CARGA Fy [T]

63 SY -8,37

64 SY -18,53

65 SY -18,40

66 SY -8,22

67 SY -9,64

68 SY -15,87

69 SY -15,78

70 SY -9,47

71 SY -9,64

72 SY -15,87

73 SY -15,78

74 SY -9,47

75 SY -8,37

76 SY -18,53

77 SY -18,40

122


78 SY -8,22

561 SY -148,46

562 SY -7,93

563 SY -7,93

564 SY -148,46

565 SY -144,75

566 SY -6,19

567 SY -6,19

568 SY -144,75

569 SY -3,05

570 SY -10,21

571 SY -10,14

572 SY -3,00

573 SY -140,66

574 SY -138,59

575 SY -3,05

576 SY -10,21

577 SY -10,14

578 SY -3,00

579 SY -140,66

580 SY -138,59

S -1434,57


Se observa que en la Tabla 6.7 y Tabla 6.8, la sumatoria de fuerzas horizontales

coincide con el valor indicado en la Tabla 6.4 del cálculo manual, de esta forma se

acepta como valido el modelo tridimensional.

6.6.7 CONTROL DE DERIVAS DE PISO SEGÚN NEC-15

En el análisis estático lineal el edificio debe ser chequeado mediante el control de

derivas inelásticas, para verificar que la edificación no presenta desplazamientos

relativos excesivos entre pisos.

123

(6.1)

(6.2)

Las derivas máximas de cada piso no deben exceder el valor de 2% para

estructuras de acero, según lo establecido en la NEC-15. La magnitud máxima

permitida se en la siguiente fórmula:

Donde:

di: Desplazamiento de piso i.

Hi: Altura entrepiso.

De: Deriva elástica de piso.

Di: Máxima deriva inelástica de piso.

En la Tabla 6.9 y Tabla 6.10 se indica el control de derivas producidas por estado

de carga: sismo en sentido “X” e “Y”.

TABLA 6.9 DERIVAS DE PISO PRODUCIDAS POR SISMO SENTIDO “X” NUDO NIVEL EST. CARGA d [m] De Di [%]

80 N+21,70 SX 0,014879 0,000737 0,33

79 N+18,60 SX 0,012594 0,000675 0,30

57 N+15,50 SX 0,010502 0,000809 0,36

56 N+12,40 SX 0,007994 0,000722 0,32

55 N+9,30 SX 0,005757 0,000749 0,34

54 N+6,20 SX 0,003436 0,000715 0,32

53 N+3,10 SX 0,001219 0,000393 0,18


124

TABLA 6. 10 DERIVAS DE PISO PRODUCIDAS POR SISMO EN SENTIDO “Y” NUDO NIVEL EST. CARGA d [m] De Di [%]

80 N+21,70 SY 0,034217 0,001376 0,62

79 N+18,60 SY 0,029952 0,001614 0,73

57 N+15,50 SY 0,024949 0,001780 0,80

56 N+12,40 SY 0,01943 0,001899 0,85

55 N+9,30 SY 0,013544 0,001749 0,79

54 N+6,20 SY 0,008123 0,001737 0,78

53 N+3,10 SY 0,002738 0,000883 0,40


6.6.8 DISEÑO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Los elementos estructurales deben ser diseñados para las condiciones más

desfavorables o críticas que se pueden presentar a lo largo de la vida útil del

edificio. Las combinaciones de cargas que se utilizan, son las que se detallan en la

NEC-15 y éstas son:

· COMB1: 1.4*D

· COMB2: 1.2*D+1.6*L

· COMB3: 1.2*D+1*L

· COMB4: 1.2*D+1*SX+1*L

· COMB5: 1.2*D-1*SX+1*L

· COMB6: 1.2*D+1*SY+1*L

· COMB7: 1.2*D-1*SY+1*L

· COMB8: 0.9*D

· COMB9: 0.9*D+1*SX

· COMB10: 0.9*D-1*SX

· COMB11: 0.9*D+1*SY

· COMB12: 0.9*D-1*SY

· COMB13: 1.2*D+SPECX+1*L

· COMB14: 1.2*D+SPECY+1*L

· COMB15: 0.9*D+SPECX

· COMB16: 0.9*D+SPECY

125

Donde:

D= Carga muerta.

L= Carga viva.

SX= Sismo dirección X.

SY= Sismo dirección Y.

SPECX= Espectro respuesta X.

SPECX= Espectro respuesta Y.

6.7 ANÁLISIS NO LINEAL (CURVA DE CAPACIDAD CON SOFTWARE

SAP2000)

En este subcapítulo se presentan los parámetros y procedimientos de manera

resumida que se emplean para realizar un análisis estático no lineal, éste análisis

corresponde a las metodologías no lineales simplificadas del diseño basado en el

desempeño sísmico.

En el presente trabajo se aplica la técnica del Pushover para determinar la curva

de capacidad de la estructura, en ésta se relaciona el cortante basal versus el

desplazamiento lateral máximo en el tope de la edificación.

Se realiza en análisis no lineal con la herramienta del SAP2000, donde se procede

con la modelación matemática bidimensional, con las mismas secciones

estructurales obtenidas en subcapítulos anteriores.

La curva de capacidad de la estructura representa de manera aproximada el

comportamiento de la edificación a medida que ésta ingresa en el rango inelástico

y está en función de la relación esfuerzo-deformación de cada elemento estructural.

Al aplicar cargas laterales incrementales se relaciona el cortante basal y el

desplazamiento lateral máximo en el tope de la estructura, de esta manera se

obtiene la curva de capacidad.

126

Con la representación de la curva de capacidad, se observa los niveles de

desempeño que posee la estructura conforme la rigidez global va disminuyendo.

Para la presente investigación la ubicación de las longitudes plástica asumidas son

las indicadas en subcapítulos anteriores Figura 3.2 y Figura 3.3, éste valor

corresponde a L/4, ubicado en la parte central del arrostramiento concéntrico.

6.7.1 MODELO BIDIMENSIONAL DE LA ESTRUCTURA

Se realiza el análisis no lineal para un pórtico de la estructura presentada en

subcapítulos anteriores, éste pórtico se aísla y se aplica las cargas monotónicas

incrementales en cada piso, como se muestra en la Figura 6.9.

FIGURA 6.9 PÓRTICO SENTIDO “X” UTILIZADO PARA ANALISIS NO LINEAL


Cabe mencionar que se realiza el análisis no lineal para cada dirección principal de

la estructura, es decir, sentido “X” e “Y”.

127

Se aplican al modelo bidimensional los mismos parámetros, factores, etc; tales

como R, Z, I, n, fP, fE, Fa, Fd y Fs y además los mismos valores de carga

gravitatoria, que se transforma en una distribución lineal, es decir, [T/ml]; como se

muestra en la Figura 6.10 y Figura 6.11.

Se aplican las cargas laterales en cada piso del pórtico como una carga puntual.

En la Figura 6.12 se observa las cargas laterales aplicadas al pórtico que se

investiga.

FIGURA 6.10 APLICACIÓN CARGA MUERTA EN PORTICO ANALIZADO

FUENTE: SAP2000


128

FIGURA 6.11 APLICACIÓN CARGA VIVA EN PÓRTICO ANALIZADO

FUENTE: SAP2000


FIGURA 6.12 APLICACIÓN DE CARGA HORIZONTAL EN PORTICO ANALIZADO

FUENTE: SAP2000


129

6.7.2 CASOS DE CARGA NO LINEALES

En el software SAP2000 se crean dos estados de carga no lineales, el primero es

el conocido como “GNL” (gravitatorio no lineal) y el segundo es el denominado

“AENL” (análisis estático no lineal), se procede de esta forma para generar un orden

de manera lógica para el desarrollo del NSP; de ésta forma son aplicadas las cargas

gravitacionales y luego que se deforma la estructura y disminuye la rigidez,

comienza con el procedimiento no lineal, es decir, se aplica las cargas monotónicas

hasta que el nudo extremo ubicado en el último piso de la estructura alcance una

magnitud de desplazamiento que se asigna.

El colapso de la estructura se presenta cuando el desplazamiento lateral máximo

de la estructura es de aproximadamente 4 a 5% de la altura total de la edificación

[H]. Para esta investigación se escoge un desplazamiento lateral máximo de 5% de

H (desplazamiento de control).

Se indica en las Figuras 6.13, 6.14 y 6.15, los parámetros que se ingresan al

software SAP2000. Cabe indicar que para el estado de carga “GNL” se ingresa con

la combinación de carga gravitatoria más crítica, como se indica en capítulo

concerniente a “cargas no símicas” de la NEC-15.

FIGURA 6.13 PARÁMETROS CASO DE CARGA “GNL”

FUENTE: SAP2000


130

FIGURA 6.14 PARÁMETROS CASO DE CARGA “AENL”

FUENTE: SAP2000


FIGURA 6.15 ASIGNACIÓN DESPLAZAMIENTO DE CONTROL

FUENTE: SAP2000


6.7.3 ASIGNACIÓN DE RÓTULAS PLÁSTICAS EN SAP2000

En el programa SAP2000, la rótula plástica (hinge) se representa como un punto

que se asigna a un elemento estructural y se ubica a una determinada distancia,

este punto empieza a fluir en elementos sometidos a tensión y también empiezan

131

a pandearse en elementos sometidos a compresión del sistema de pórticos con

elementos de arriostramientos concéntricos.

En la Figura 6.16 y 6.17 se indican las propiedades de los mecanismos de

disipación de energía de arriostramientos.

FIGURA 6.16 ASIGNACIÓN RÓTULAS PLASTICAS EN ARRIOSTRAMIENTOS

FUENTE: SAP2000


FIGURA 6.17 UBICACIÓN RÓTULA PLÁSTICA EN ARRIOSTRAMIENTOS

FUENTE: SAP2000


6.7.4 OBTENCIÓN DE CURVA DE CAPACIDAD CON SAP2000

En la figura 6.20, se presenta la curva de capacidad del pórtico “3”, se observa los

arriostramientos concéntricos están ubicados entre los ejes “C” y “D” como se

muestra en la figura 6.18; además se presenta en la figura 6.19 el pórtico ubicado

en eje “A” con su respectiva curva de capacidad mostrada en la figura 6.22.

132

FIGURA 6.18 PÓRTICO EJE “3” EDIFICIO ANALIZADO

FUENTE: SAP2000


FIGURA 6.19 PÓRTICO EJE “A” EDIFICIO ANALIZADO

FUENTE: SAP2000


133

FIGURA 6.20 CURVA DE CAPACIDAD PORTICO EJE “3”

FUENTE: SAP2000


FIGURA 6.21 PUNTOS CURVA CAPACIDAD Y ROTULAS PLÁSTICAS PÓRTICO EJE “3”

FUENTE: SAP2000


134

FIGURA 6.22 CURVA CAPACIDAD PÓRTICO “A”

FUENTE: SAP2000


FIGURA 6.23 PUNTOS CURVA CAPACIDAD Y ROTULAS PLÁSTICAS PÓRTICO EJE “A”

FUENTE: SAP2000


135

TABLA 6.11 PUNTO DE DESEMPEÑO PÓRTICOS ANALIZADOS

PÓRTICO EJE "3" EJE "A" V [T]= 1276,67 351,70 d [m]= 0,072 0,039

Sa= 0,78 1,00 Sd= 0,050 0,030


FIGURA 6.24 SECUENCIA FORMACIÓN RÓTULAS PLÁSTICAS PÓRTICO “3”

FUENTE: SAP2000


FIGURA 6.25 SECUENCIA FORMACIÓN RÓTULAS PLÁSTICAS PÓRTICO “A”

FUENTE: SAP2000


136

CAPÍTULO 7

EVALUACIÓN ECONÓMICA DE EDIFICIOS

ANALIZADOS

7.1 PRECIOS UNITARIOS

El presupuesto referencial de un proyecto determinado es uno de los factores

importantes que influye en la factibilidad y adjudicación del desarrollo del proyecto

para la empresa que presupueste una oferta con un buen precio.

En la presente sección se indica algunos precios unitarios para posteriormente

realizar una evaluación económica de los edificios analizados.

137

Tabla 7.1 APU-RUBRO: EXCAVACIÓN A MÁQUINA Y DESALOJO ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0001

DESCRIPCION: Excavación a máquina y desalojo

ESPECIFICACION UNIDAD: m3

1. MATERIALES

DESCRIPCION U CANTIDAD

A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

PARCIAL 1 -

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B

COSTO UNITARIO D = C x R

Peón-estruc. Ocup. E2 1,00 0,08 3,18 0,25 Maestro obra-estrc. Ocup. C1 1,00 0,04 3,57 0,14

PARCIAL 2 0,40

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B


Retroexcavadora 1 0,020 85,00 1,70

Volqueta 8,00 m³ 1 0,050 35,00 1,75

Herramienta menor 1 0,050 0,50 0,03

PARCIAL 3 3,48

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.

A DISTANCIA Km

B

UNITARIO / U.Km

C

COSTO UNITARIO D = A x B x C

PARCIAL 4 -

5. COSTO UNITARIO DIRECTO ( 1+2+3+4 ) 3,87

6. COSTO UNITARIO INDIRECTO ( 20% ) 0,77

7. PRECIO UNITARIO CALCULADO ( 5+6) 4,65

8. PRECIO UNITARIO OFERTADO 4,65

Quito, octubre del 2015 Patricio Guerrero

138

Tabla 7.2 APU-RUBRO: REPLANTILLO H.S. VIGAS Y LOSA CIMENTACIÓN f’c=180 kg/cm²

ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0002 DESCRIPCION: Replan.H.S. vigas y losa ciment. 180 kg/cm²


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

Hormigón premez 180 kg/cm² m3 1,03 78,00 80,34 (provision, transporte, bomba)

PARCIAL 1 80,34

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B


Albanil-estrc. ocup D2 1,00 0,50 3,22 1,61

Maestro obra-estrc ocup C1 1,00 0,50 3,57 1,79

Peón-estruc E2 3,00 0,50 3,18 4,77

Ayudante-estruc ocup D2 1,00 0,50 3,22 1,61

PARCIAL 2 9,78

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B


Herramienta Menor 2,00 1,000 0,50 1,00

Vibrador concreto 1,00 0,500 3,00 1,50

PARCIAL 3 2,50

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.

A

DISTANCIA Km

B

UNITARIO / U.Km

C


PARCIAL 4 -






139

Tabla 7.3 APU-RUBRO: HORMIGÓN MUROS f’c=210 kg/cm² ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0003

DESCRIPCION: Hormigón muros 210 kg/cm²


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

Hormigón premez 210 kg/cm² m3 1,03 90,00 92,70 Encofrados madera contrachap m2 5,00 5,15 25,75

y alfagias. Incluye puntales, alam.

clavos y otros 8 usos

PARCIAL 1 118,45

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B




Peón-estruc E2 8,00 0,60 3,18 15,26


PARCIAL 2 38,66

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B




PARCIAL 3 2,80

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.

A DIST. Km. B UNIT/U Km. C


PARCIAL 4 -






140

Tabla 7.4 APU-RUBRO: HORMIGÓN LOSA CIMENTACIÓN f’c=240 kg/cm² ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0004 DESCRIPCION: Hormigón losa cimentación 240 kg/cm²


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B




PARCIAL 1 95,26

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B




Peón-estruc E2 8,00 0,60 3,18 15,26


PARCIAL 2 36,73

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B




PARCIAL 3 2,50

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






141

Tabla 7.5 APU-RUBRO: HORMIGÓN VIGAS CIMENTACIÓN f’c=240 kg/cm² ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0005 DESCRIPCION: Hormigón vigas cimentacion 240 kg/cm²


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B




PARCIAL 1 97,31

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B




Peón-estruc E2 8,00 0,60 3,18 15,26


PARCIAL 2 36,73

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B




PARCIAL 3 4,00

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






142

Tabla 7.6 APU-RUBRO: HORMIGÓN TANQUE CISTERNA f’c=240 kg/cm² ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0006 DESCRIPCION: Hormigón tanque cisterna 240 kg/cm²


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B




Impermebilizante m3 1,00 3,90 3,90

PARCIAL 1 126,16

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B




Peón-estruc E2 8,00 0,60 3,18 15,26


PARCIAL 2 36,73

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B




PARCIAL 3 4,00

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






143

Tabla 7.7 APU-RUBRO: ACERO DE REFUERZO fy=4200 kg/cm² ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0007

DESCRIPCION: Acero de refuerzo fy=4200 kg/cm²

ESPECIFICACION UNIDAD: kg

1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

Alambre galvanizado #8 kg 0,01 1,00 0,01

Acero de refuerzo fy=4200 kg/cm² kg 1,01 1,10 1,11

PARCIAL 1 1,12

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B


Fierrero-estruc ocup D2 1,00 0,04 3,22 0,13


Peón para fierrero-estruc E2 2,00 0,04 3,18 0,25

PARCIAL 2 0,40

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B



Cizalla 1,00 0,010 1,97 0,02

PARCIAL 3 0,03

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






144

Tabla 7.8 APU-RUBRO: RELLENO TIERRA COMPACTADA ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0008

DESCRIPCION: Relleno tierra compactada


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

Material clasificado (tierra llimpia) m3 0,95 0,30 0,29

PARCIAL 1 0,29

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B


Peón-estruc ocup E2 5,00 1,00 3,18 15,90

Albanil-estruc ocup D2 1,00 1,00 3,22 3,22

PARCIAL 2 19,12

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B



Carretilla reforzada-tipo Sidec 3 1,000

0,12 0,36

Compactadora manual 5 hp 0,5 1,000 3,12 1,56

Pala cuadrada-tipo Bellota 5 1,000 0,04 0,20

PARCIAL 3 4,62

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






145

Tabla 7.9 APU-RUBRO: RELLENO LASTRE COMPACTADO ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0009

DESCRIPCION: Relleno lastre compactado


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

Lastre puesto en obra-material m3 1,3 13,00 16,90

granular clasificado

PARCIAL 1 16,90

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B


Peón-estruc ocup E2 4,00 0,50 3,18 6,36

Maestro obra-estruc ocup C1 1,00 0,10 3,57 0,36

PARCIAL 2 6,72

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B



Sapo compactador 2 0,300 4,24 2,54

PARCIAL 3 2,69

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






146

Tabla 7.10 APU-RUBRO: MALLA ELECTROSOLDADA 4MM CADA 100 MM ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0010

DESCRIPCION: Malla electrosoldada 4mm cada 100 mm


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

Malla electrosoldada 4mm @ 100 m2 1,09 3,15

3,43

Alambra No 18 m2 0,05 1,00 0,05

PARCIAL 1 3,48

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B



PARCIAL 2 0,64

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B



PARCIAL 3 0,01

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.

A DIST. Km. B

UNIT/U Km. C


-

PARCIAL 4 -






147

Tabla 7.11 APU-RUBRO: HORMIGÓN EN COLUMNAS f’c=240 kg/cm² ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0011 DESCRIPCION: Hormigón en columnas 240 kg/cm²


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B


PARCIAL 1 94,76

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B




Peón-estruc E2 4,00 0,40 3,18 5,09


PARCIAL 2 11,67

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B




PARCIAL 3 4,00

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






148

Tabla 7.12 APU-RUBRO: HORMIGÓN EN COLUMNAS f’c=280 kg/cm² ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0012 DESCRIPCION: Hormigón en columnas 280 kg/cm²


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B


PARCIAL 1 100,94

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B




Peón-estruc E2 4,00 0,40 3,18 5,09


PARCIAL 2 11,67

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B




PARCIAL 3 4,00

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






149

Tabla 7.13 APU-RUBRO: HORMIGÓN EN DIAFRAGMAS f’c=240 kg/cm² ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0013 DESCRIPCION: Hormigón en diafragmas 240 kg/cm²


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B


Encofrado madera contrachapada m2 4 5,50 22,00

y alfagias. Incluye puntales, alam,

clavos y otros 8 usos (diaf)

Impermebilizante m3 1 2,90 2,90

PARCIAL 1 125,84

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B




Peón-estruc E2 8,00 0,60 3,18 15,26


PARCIAL 2 36,73

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B




PARCIAL 3 5,50

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






150

Tabla 7.14 APU-RUBRO: HORMIGÓN EN ESCALERA f’c=210 kg/cm² ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0014 DESCRIPCION: Hormigón en escalera 210 kg/cm²


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B


Encofrado madera contrachapada m2 6 5,50 33,00

y alfagias. Incluye puntales, alam,


PARCIAL 1 127,76

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B




Peón-estruc E2 8,00 0,65 3,18 16,54


PARCIAL 2 35,60

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B




PARCIAL 3 5,50

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






151

Tabla 7.15 APU-RUBRO: HORMIGÓN LOSETAS F’C=210 KG/CM² ALTURA PROMEDIO 10 CM


RUBRO: 0015 DESCRIPCION: Hormigón losetas 210 kg/cm² alt. prom 10 cm


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B


Endurecedor y alisado m3 1,00 9,80 9,80

PARCIAL 1 104,56

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B




Peón-estruc E2 6,00 0,50 3,18 9,54

Ayudante-estruc ocup E2 2,00 0,50 3,22 3,22

PARCIAL 2 20,99

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B




PARCIAL 3 5,50

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






152

Tabla 7.16 APU-RUBRO: PANEL METÁLICO ESPESOR 0.65 MM, CONECTORES DE CORTE VARILLA DIÁMETRO 12MM


RUBRO: 0016

DESCRIPCION: Panel metalico 0,65mm, conect corte 12 mm

ESPECIFICACION cada 200 mm UNIDAD: m2

1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

Conectores corte soldados a vigas m2 0,500 2,05 1,03

Panel metalico m2 1,050 14,00 14,70

PARCIAL 1 15,73

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B



0,00

PARCIAL 2 0,32

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B


Herramienta menor 2,00 0,01 0,50 0,01

PARCIAL 3 0,01

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.

A DIST. Km. B

UNIT/U Km. C


PARCIAL 4 -

5. COSTO UNITARIO DIRECTO ( 1+2+3+4 )

16,06





153

Tabla 7.17 APU-RUBRO: MALLA ELECTROSOLDADA 5MM CADA 100 MM ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0017

DESCRIPCION: Malla electrosoldada 5mm cada 100 mm


1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

Malla electrosoldada 5mm @ 100 m2 1,09 4,47

4,87

Alambra No 18 m2 0,05 1,00 0,05

PARCIAL 1 4,92

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B



PARCIAL 2 0,77

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B



PARCIAL 3 0,01

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.

A DIST. Km. B

UNIT/U Km. C


-

PARCIAL 4 -






154

Tabla 7.18 APU-RUBRO: ACERO ESTRUCTURAL A-36 ANALISIS DE PRECIOS UNITARIOS

RUBRO: 0018

DESCRIPCION: Acero estructural A-36

ESPECIFICACION UNIDAD: Kg

1. MATERIALES


A UNITARIO

B COSTO UNITARIO

D = A x B

Acero estructural A-36 kg 1,020 1,25 1,28 Soldadura E7018, E6011, E6010 kg 0,030 4,25 0,13

Pintura anticorrosiva kg 0,010 6,80 0,07

PARCIAL 1 1,47

2. MANO DE OBRA

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / HOMBRE

COSTO HORA

C = A x B



Soldador-estruc ocup D2 0,50 0,12 3,77 0,23

Maestro-Especializacion soldador 0,05 0,12 3,77 0,02

PARCIAL 2 0,64

3. EQUIPOS

DESCRIPCION CANT.

A HORAS / EQUIPO

COSTO HORA

C = A x B


Herramienta menor 2,00 0,01 0,50 0,01

Amoladoras, plasma y otros 1,00 0,01 6,50 0,07

PARCIAL 3 0,08

4. TRANSPORTE

DESCRIPCION U CANT.



PARCIAL 4 -






155

7.2 PRESUPUESTO REFERENCIAL

Tabla 7.19 PRESUPUESTO EDIFICIO PIETRA. ARRIOSTRAMIENTO: DIAGONALES EN CRUZ

Id DESCRIPCION U CANTIDAD PRECIO

UNITARIO PRECIO TOTAL

1 CAPITULO 1: MOVIMIENTO DE TIERRAS SUB-TOTAL 1 17.171,58

0001 Excavación a máquina y desalojo m3 3.026,45 4,65 14.072,99

0002 Replantillo hormigón simple vigas y losa cimenta 180 kg/cm2 m3 27,88 111,14 3.098,58

2 CAPITULO 2: HORMIGÓN ARMADO CIMENTACIÓN SUB-TOTAL 2 106.025,06

0003 Hormigón en muros f'c=210 kg/cm2 m3 161,40 191,89 30.971,05

0004 Hormigón en losa cimentación f'c=240 kg/cm2 m3 43,24 161,38 6.978,07

0005 Hormigón en viga cimentación f'c=240 kg/cm2 m3 118,78 165,64 19.674,72

0006 Hormigón en tanque cisterna f'c=240 kg/cm2 m3 30,08 200,26 6.023,82

0007 Acero de refuerzo fy=4200 kg/cm2 kg 22.783,55 1,86 42.377,40

3 CAPITULO 3: CONTRAPISOS SUB-TOTAL 3 4.760,48

0008 Relleno tierra compactada m3 43,24 28,83 1.246,61

0009 Relleno lastre compactado m3 43,24 31,57 1.365,09

0010 Malla electrosoldada 4mm cada 100 mm m2 432,35 4,97 2.148,78

4 CAPITULO 4: HORMIGÓN COLUM-DIAF-GRADAS SUB-TOTAL 4 7.204,04

0011 Hormigón en columnas f'c=240 kg/cm2 m3 47,76 132,51 6.328,68

0013 Hormigón en diafragmas f'c=240 kg/cm2 m3 0,00 201,68 -

0014 Hormigón en escaleras f'c=210 kg/cm2 m3 4,32 202,63 875,36

0017 Acero de refuerzo fy=4200 kg/cm2 kg 0,00 1,86 -

5 CAPITULO 5: LOSETAS HORMIGÓN SUB-TOTAL 5 97.812,01

0015 Hormigón loseta f'c=240 kg/cm2 altura promedio 10 cm m3 187,66 157,25 29.509,54

0016 Panel metálico 0,65 mm conectores corte 12 mm cada 200mm m2 2.260,19 19,27 43.553,86

0017 Malla electrosoldada 5mm cada 100 mm m2 2.260,19 6,85 15.482,30


6 CAPITULO 6: ESTRUCTURA METÁLICA SUB-TOTAL 6 258.641,03

0018 Acero estructural A-36 (fy=2530 kg/cm2) kg 98.717,95 2,62 258.641,03

TOTAL 491.614,19


156

Tabla 7.20 PRESUPUESTO EDIFICIO CUATRO. ARRIOSTRAMIENTO: DIAGONALES EN CRUZ



















0014 Hormigón en escaleras f'c=210 kg/cm2 m3 5,80 202,63 1.175,25









TOTAL 932.231,73


157

Tabla 7.21 PRESUPUESTO EDIFICIO TORRE 6. ARRIOSTRAMIENTO: DIAGONALES EN CRUZ


























6 CAPITULO 6: ESTRUCTURA METÁLICA SUB-TOTAL 6 1.283.802,04

0018 Acero estructural A-36 (fy=2530 kg/cm2) kg 490.000,78 2,62 1.283.802,04

TOTAL

1.926.570,65


158

Tabla 7.22 PRESUPUESTO EDIFICIO PIETRA. ARRIOSTRAMIENTO: DIAGONALES EN PUNTA




























TOTAL 484.641,19


159

Tabla 7.23 PRESUPUESTO EDIFICIO CUATRO. ARRIOSTRAMIENTO: DIAGONALES EN PUNTA




























TOTAL 973.642,66


160

Tabla 7.24 PRESUPUESTO EDIFICIO TORRE 6. ARRIOSTRAMIENTO: DIAGONALES EN PUNTA


























6 CAPITULO 6: ESTRUCTURA METÁLICA SUB-TOTAL 6 1.396.379,64

0018 Acero estructural A-36 (fy=2530 kg/cm2) kg 532.969,33 2,62 1.396.379,64

TOTAL

2.039.148,25


161

Tabla 7.25 PRESUPUESTO EDIFICIO PIETRA. ARRIOSTRAMIENTO: MUROS DE CORTE DE H. ARMADO


















0013 Hormigón en diafragmas f'c=240 kg/cm2 m3 135,53 201,68 27.333,69










TOTAL 484.883,37


162

Tabla 7.26 PRESUPUESTO EDIFICIO CUATRO. ARRIOSTRAMIENTO: MUROS DE CORTE DE H. ARMADO




























TOTAL 928.405,30


163

Tabla 7.27 PRESUPUESTO EDIFICIO TORRE 6. ARRIOSTRAMIENTO: MUROS DE CORTE DE H. ARMADO




























TOTAL

1.501.399,16


164

Tabla 7.28 RESUMEN GENERAL DE PRESUPUESTOS EDIFICIOS CON ALTERNATIVAS DE ARRIOSTRAMIENTOS

RESUMEN PRESUPUESTOS [$]


PIETRA $ 491.614,19 $ 484.641,19 $ 484.883,37

CUATRO $ 932.231,73 $ 973.642,66 $ 928.405,30

TORRE 6 $ 1.926.570,65 $ 2.039.148,25 $ 1.501.399,16 ELABORADO POR: Guerrero Patricio

Tabla 7.29 RESUMEN DE COSTO POR M2 DE ESTRUCTURA METÁLICA CON ALTERNATIVAS DE ARRIOSTRAMIENTOS

RESUMEN COSTO/m2 ESTRUCTURA METÁLICA


PIETRA $ 114,28 $ 111,20 $ 97,39

CUATRO $ 106,32 $ 114,56 $ 98,57

TORRE 6 $ 158,68 $ 172,59 $ 95,90 ELABORADO POR: Guerrero Patricio

165

CAPÍTULO 8

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8.1 CONCLUSIONES

· Al usar cualquier tipo de software, hay que tener mucho cuidado con la

interpretación de los resultados de los modelos estructurales, ya que éstos

solo deberían ser considerados como herramientas y no garantizan por

completo las resoluciones que se obtienen de estos, es decir, siempre hay

que tratar de verificar con utilización de programas propios.

· El software utilizado (Etabs-13 y Sap2000) son herramientas muy útiles tanto

para el análisis estático lineal y no lineal, pues en éste se puede monitorear

a los elementos estructurales que ingresan a los niveles de desempeño,

establecidos por los códigos.

· En el presente trabajo se realizó nueve (9) modelaciones estructurales con

software Etabs-13 y (1) modelo estructural con software Sap2000, de

Edificios con diferentes parámetros arquitectónicos, estructurales tales como

diferentes tipos de arriostramientos laterales como son: diagonales en forma

de cruz, diagonales en punta o “V” invertida y muros de corte de hormigón

armado. Cabe mencionar que en los modelos que se utilizaron diagonales

en cruz y en punta, solo se utilizaron este tipo de arriostramiento más no la

utilización de elementos compuestos como muros de corte de hormigón

armado con las diagonales ya que es común en el montaje la utilización de

la construcción mixta.

· Se observó que la utilización de los arriostramientos: diagonales en cruz y

en punta, reducen en gran manera las derivas de piso de las estructuras;

estos elementos de igual forma deben cumplir con la compacidad sísmica;

pero al utilizar este tipo de arriostramientos se debe tener en cuenta que

166

pueden ser susceptibles a fallar por pandeo local, por lo que se debe

chequear este parámetro para no tener inconvenientes en el momento del

montaje del edificio.

· En nuestro medio es muy común la utilización de diagonales en forma de

cruz y en algunas ocasiones diagonales en punta; pero se recomienda la

utilización de placas de conexión empernadas entre las diagonales y los

elementos como vigas y columnas ya que siempre existen errores en la

fabricación de los elementos y como en nuestro medio se utiliza de forma

generalizada la soldadura se tiene varias falencias en el montaje.

· En (9) modelos estructurales se utilizó un factor de resistencia sísmica R=8

indicado en tabla 15 de NEC-15, y en (1) modelo estructural se utilizó R=6

indicado en ASCE 7-10.

· En los edificios analizados con software Etabs-13, el cortante basal que se

obtuvo va desde 8.70% W hasta el 11.80% W y 16.96% W con software

Sap2000.

· En cuanto a las derivas de piso de los edificios que se analizaron, éstos

cumplen con lo establecido en la NEC-15, es decir, el límite de 2% para

estructuras de acero, en los anexos se presenta tabulado estos datos.

· De acuerdo al análisis y diseño estructural de los edificios con los diferentes

tipos de arriostramientos laterales que se realizó, se obtuvo que la relación

de peso/área de 37.17 kg/m² corresponde a la utilización de arriostramiento:

muros de corte de hormigón armado para el edificio Pietra; mientras que para

este mismo edificio y al utilizar diagonales en cruz se obtuvo un valor de

43.62 kg/m² y para diagonales en forma de punta o “V” invertida se obtuvo

un valor de 42.44 kg/m², los resultados se encuentran en la Tabla 5.24. De

esta manera puede establecer que la opción más económica corresponde a

la utilización como arriostramiento lateral a los muros de corte de hormigón

armado.

167

· En edificio con arriostramientos concéntricos o conocido como diagonales

en cruz modelado en Sap2000 se determinó que la relación de peso/área es

de 123 kg/m², cabe anotar que toda la estructura se modeló con perfiles

americanos tipo “W”.

· Se observa que el peso promedio de estructura sobre área de construcción

de los modelos cuya sección está constituida de columnas tipo cajón rellenas

de hormigón y sistemas de vigas, viguetas armadas, corresponden a 41

kg/m², mientras que en modelo que se utilizó secciones americanas tipo “W”

el peso de estructura sobre área corresponde a 3 veces más del valor antes

mencionado, cabe mencionar que en nuestro medio no se utiliza de manera

general las secciones tipo “W” porque resulta ser muchos más caro que las

secciones armadas.

· En lo referente a costo/m2 de estructura metálica y conociendo que la más

económica corresponde a la utilización de muros de corte de hormigón

armado, se puede llegar a obtener un ahorro desde el 14.18% hasta 17.34%

con la utilización de otros arriostramientos. Tal como se observa en la Tabla

7.29.

· Las cargas de ocupación inmediata VIO y prevención de colapso VCP de los

edificios analizados, son mayores a las cargas de diseño establecidas por

las normas de análisis estructural, por lo tanto se tiene una holgura entre el

diseño convencional (estático lineal) y el desempeño real que se tiene de

cada tipo de estructura (estático no lineal). Tal como se muestra en la Tabla

5.11.

· En relación al factor “q” (factor de referencia por comportamiento estructural)

se observa que los edificios como el Torre 6 utilizando arriostramiento lateral

muros de corte de hormigón armado se obtuvo un factor promedio de 3.6 por

lo que está categorizado como una Estructura de Mediana Ductilidad y para

los edificios Pietra, Cuatro con arriostramientos diagonales en cruz, en punta

y muro de corte de hormigón armado se obtuvo un factor promedio mayor a

168

4 por lo que este tipo de estructuras están categorizadas como Estructuras

de Alta Ductilidad. Tal como se indica en la Table 5.12 y en los anexos

(Table: design concepts, ductility clases and reference values of the

behaviour factor q).

· En lo relacionado con los desplazamientos o deformaciones de prevención

al colapso contra la deformación lateral última, se observa que los valores

de D CP/Du toma valores que van desde 0.50 para edificio Pietra analizado

en el sentido X (muros de corte de hormigón armado) hasta valores de 1.19

para el edificio Torre 6 analizado en el sentido X (muros de corte de hormigón

armado). Tal como se indica en la Tabla 5.12.

· Adicionalmente en la Tabla 5.12 se puede observar los valores de las cargas

de ocupación inmediata contra los valores de cargas laterales últimas

VIO/Vu NEC-15, estos valores van desde 2.4 hasta 7, es decir, los edificios

analizados con los diferentes tipos de arriostramientos laterales, tiene una

capacidad de soportar cargas laterales mayores a las establecidas en la

NEC-15.

· En lo relacionado a los coeficientes de deformaciones de prevención de

colapso contra las deformaciones máximas según lo establecido en FEMA

DCP/DMax FEMA, estos valores van desde 21% para el edificio Torre 6 hasta

valores de 66%, expresando de esta manera que en el manual FEMA se

propone valores más elevados de las deformaciones a partir del punto de

desempeño (prevención de colapso).

· El análisis no lineal (Pushover), es un proceso que es relativamente sencillo

y se puede ahorrar tiempo y lo que se obtiene como resultado es que se

tiene una gran confiabilidad, pues este tipo de análisis abarca un enfoque de

diseño estructural que está basado en el cumplimiento de objetivos de

desempeño; este tipo de análisis en cuanto a su complejidad es considerado

menor al realizar un análisis dinámico no lineal.

169

8.2 RECOMENDACIONES

· Para realizar un análisis no lineal se debe conocer el tipo de software, es

decir, las limitaciones en cuanto al análisis e ingreso de parámetros para

obtener un buen resultado y que sea lo bastante confiable.

· En este trabajo se realizó el análisis lineal y no lineal para edificios reales,

se recomienda que para tener un desenvolvimiento y conocimiento más

eficaz y de este tipo de análisis, se lo haga con estructuras que sean del tipo

simétricas y no tenga irregularidades tanto en planta como en elevación y

adicionalmente se recomienda el uso de otros programas para tener

comparaciones tanto con el software inicial como con otro tipo de programa.

· Se recomienda la utilización de vigas de sección compuesta, pues de esta

manera se logra tener elementos estructurales de menor sección, por lo

tanto se logrará tener una relación de peso/m2 de estructura menor y de esta

manera se podrá conseguir un peso mayor competitivo en la fabricación y

montaje de Edificios.

170

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. American Concrete Institute. (2011). Building Code Requirements for

Structural Concrete. (ACI 318-11). Farmintong Hills, MI. U.S.A.

2. Aplied Technology Council ATC 40. (1996). Seismic Evaluation and Retrofit

of concrete Buildings. California Seismic Safety Commission. California, U.S.A.

3. ACI 318S-08. (2008). Requisitos de reglamento para el Concreto Estructural y

Comentario, American Concrete Institute.

4. AISC-358-10. (2011). Prequalified Connections for Special and Intermediate

Steel Moment Frames for Seismic Applications. Chicago, Illinois, USA.

5. AISC-341-10. (2010). Seismic Provisions Structural Steel Buildings. Chicago,

Illinois, USA.

6. Bonett, R. (2003). Vulnerabilidad y riesgo sísmico de edificios. Aplicación a

entornos urbanos en zonas de amenaza alta y moderada. Barcelona.

7. Bruneau, M., Ming, C., Sabelli, R. (2011). Ductile Design of Steel Structures.

USA.

8. Crisafulli, F. (2013). Diseño sismoresistente de construcciones de acero.

Santiago de Chile.

9. Cueva, R., González, D. (2013). Diseño por desempeño de edificaciones en

hormigón armado con muros de corte mediante los códigos FEMA, utilizando el

programa ETABS. Sangolqui: ESPE

10. FEMA 273. (1997). NEHRP Guidelines for the Seismic Rehabilitation of

Buildings. Building Seismic Safety Council. Washington, U.S.A.

11. Montaña, M. (2010). Analisis “Pushover” de edificios con pórticos de acero en

Bogotá. Barcelona.

12. NEC-SE-HM. Estructuras de Hormigón Armado

13. NEC-SE-DS. Peligro Sísmico-Diseño Sismo resistente.

14. NEC-SE-AC. Estructuras de Acero.

15. Pintado, J., Ortiz, D., (2013), Diseño por Desempeño de estructuras metálicas

de acero mediante el código FEMA utilizando ETABS. Sangolqui: ESPE

16. Padilla, A. (2007). Diseño sismo-resistente del edificio Valdivia con su

respectivo desempeño y estudio de daño sísmico mediante la técnica del

Pushover. Manabí: ULEAM.

171

17. Pazmiño, H. (2015). Diseño comparativo para edificios en estructuras de acero

con diversos tipos de arriostramientos laterales: caso muros de corte. Quito:

EPN.

18. Soria, J. (2014). Diseño comparativo para edificios en estructuras de acero con

diversos tipos de arriostramientos laterales: caso diagonales en punta. Quito:

EPN.

19. Venegas, D. (2014). Diseño comparativo para edificios en estructuras de acero

con diversos tipos de arriostramientos laterales: caso diagonales en cruz. Quito:

EPN.

20. Vintimilla, J. (2013). Informe Técnico Plaza 2000. Quito: JVJ

21. Vintimilla, J. (2013). Ingeniería Sismoresistente de Edificios de Acero. Quito:

JVJ.

172

ANEXOS

173

ANEXO 1

TABLA COEFICIENTES DE RESPUESTA SÍSMICA NSR-10

180

ANEXO 2

TABLA COEFICIENTES DE MODIFICACIÓN DE

RESPUESTA ESTRUCTURAL ASCE 7-10

186

ANEXO 3

TABLA D1.1 AISC 341-10

189

ANEXO 4

VALOR DE REFERENCIA DE COMPORTAMIENTO

ESTRUCTURAL, CLASES DE DUCTILIDAD PARA

ELEMENTOS RESISTENTES A MOMENTO, TIPO DE

SECCIONES EUROCODIGO

190

Tipos de conceptos de diseño sismoresistente

FUENTE: Earthquake Resistant Steel Structures. Arcelor Mittal

Clases de ductilidad para elementos resistentes a momento

FUENTE: Earthquake Resistant Steel Structures. Arcelor Mittal

191

Tipos de secciones según Eurocodigo

FUENTE: Eurocódigo 3

192

ANEXO 5

COMPACIDAD SÍSMICA DE VIGAS I SOLDADAS,

CONEXIÓN VIGA COLUMNA

193

ESPESORES MINIMOS DE ALAS DE VIGAS I SOLDADAS SISMICAMENTE COMPACTAS

Módulo de eslasticidad del Acero 29000 Ksi.

Fy acero grado 50 50 Ksi.

Fy acero A36 36 Ksi.

ALAS DE VIGAS SOLDADAS TIPO I ALMAS DE VIGAS SOLDADAS TIPO I

Bf Espesor mínimo Espesor mínimo Hw Espesor mínimo

Espesor mínimo

(mm) G50 A36 G50 A36 (mm) G50 A36 G50 A36 100 6,92 5,87 8 6 200 3,39 2,88 4 4 110 7,61 6,46 8 8 250 4,24 3,60 5 4 120 8,30 7,05 10 8 300 5,08 4,31 6 6 130 9,00 7,63 10 8 350 5,93 5,03 6 6 140 9,69 8,22 10 10 400 6,78 5,75 8 6 150 10,38 8,81 12 10 450 7,63 6,47 8 8 160 11,07 9,40 12 10 500 8,47 7,19 10 8 170 11,76 9,98 12 10 550 9,32 7,91 10 8 180 12,46 10,57 15 12 600 10,17 8,63 12 10 190 13,15 11,16 15 12 650 11,02 9,35 12 10 200 13,84 11,74 15 12 700 11,86 10,07 12 12

(Bf/2tf) ≤ 0.3(E/Fy)^0.5 Hw/tw ≤ 2.45(E/Fy)^0.5

VERIFICACION CONEXION VIGA COLUMNA EJES C-3 PISO 2 DATOS GENERALES Módulo de elasticidad del acero 2038901,92 Kg/cm2. Fluencia mínima del acero Fy 3515,35 Kg/cm2. Esfuerzo de tensión del acero Fu 4569,95 Kg/cm2. MOMENTO PLASTICO DE VIGAS VIGA IZQUIERDA VIGA DERECHA Longuitud del vano 11,00 m. 10,00 m. Módulo plástico viga eje xx (Zx) 577,50 cm3. 459,60 cm3. Radio de giro viga eje yy (ry) 3,54 cm. 3,54 cm. Ubicación rótula plástica Lp 1,50 m. 1,50 m. Factor de fluencia probable Ry 1,10 1,10 Momento plástico Mp 24,56 Tn.m 19,55 Tn.m Ancho de la columna Dc 30,00 cm. 30,00 cm. Longitud entre rótulas L' 1,15 m. 2,10 m. Cortante último (1.2D + 0.5L + 0.2E) 1,63 Tn. 2,07 Tn. Momento al eje de la columna 27,25 Tn.m 22,96 Tn.m Momento total ∑M*pv 50,21 MOMENTO PLASTICO EN COLUMNAS

COLUMNA SUPERIOR COLUMNA INFERIOR

Módulo plástico Zc 1262,00 cm3. 1262,00 cm3. Area de la columna 116,00 cm2. 116,00 cm2. Axial último (1.2D + 0.5L + 0.2E) 51,90 Tn. 68,81 Tn. Momento plástico Mp 38,72 Tn. 36,88 Tn. Momento total ∑M*pc 75,59 Relación ∑M*pc / ∑M*pv 1,51


194

ANEXO 6

RESULTADOS DE MODELACIONES EDIFICIOS

ANALIZADOS

195

Esquema estructural Edificio Pietra. Diagonales en cruz

FUENTE: ETABS-13 ELABORADO POR: Guerrero Patricio Esquema estructural Edificio Cuatro. Diagonales en cruz


196

Esquema estructural Edificio Torre 6. Diagonales en cruz


Esquema estructural Edificio Pietra. Diagonales en punta


197

Esquema estructural Edificio Cuatro. Diagonales en punta


Esquema estructural Edificio Torre 6. Diagonales en punta


198

Esquema estructural Edificio Pietra. Muros corte hormigón armado


Esquema estructural Edificio Cuatro. Muros corte hormigón armado


199

Esquema estructural Edificio Torre 6. Muros corte hormigón armado


Derivas de piso Edificio Pietra. Diagonales en cruz


200

Derivas de piso sentido X. Edificio Pietra Diagonales en cruz


Derivas de piso sentido Y. Edificio Pietra Diagonales en cruz


201

Participación modal. Edificio Pietra. Diagonales en cruz


Derivas de piso Edificio Cuatro. Diagonales en cruz


202

Derivas de piso sentido X. Edificio Cuatro. Diagonales en cruz


Derivas de piso sentido Y. Edificio Cuatro. Diagonales en cruz


203

Participación modal. Edificio Cuatro. Diagonales en cruz


Derivas de piso Edificio Torre 6. Diagonales en cruz


204

Derivas de piso sentido X. Edificio Torre 6. Diagonales en cruz


Derivas de piso sentido Y. Edificio Torre 6. Diagonales en cruz


205

Participación modal. Edificio Torre 6. Diagonales en cruz


206

ANEXO 7

PREDISEÑO VIGUETAS, VIGAS, UTILIZANDO ROBOT

STRUCTURAL PROFESSIONAL 2014

207

Pre-diseño de vigueta W14x82

FUENTE: Robot Structural Professional 2014 ELABORADO POR: Guerrero Patricio

Estados de carga para pre-diseño de vigueta W14x82


208

Diagrama de momento y corte de vigueta W14x82


Análisis estructural de vigueta W14x82


209

Prediseño de viga principal W27x144


Diagrama de momento y corte de vigueta W27x144


210

Análisis estructural de vigueta W27x144


Vista 3D Edificio siete niveles con arriostramientos concéntricos


211

Pórtico eje “1” edificio analizado


Pórtico eje “3” edificio analizado


212

Planta estructural nivel N+3.10 edificio analizado


213

ANEXO 8

PLANOS ESTRUCTURALES DE REFERENCIA, DETALLES

GENERALES

capítulo 5 diseño bajo desempeño utilizando etabs-13

Documents

Transcript of capítulo 5 diseño bajo desempeño utilizando etabs-13